Jste zde

Oddělovače pro Ex prostředí a přenos dat TTY

Antonín Vojáček, 12. Srpen 2007 - 20:58

V některých případech a provozech je vyžadováno u instalovaného zařízení dodržet provedení pro nebezpečné - výbušné, prostředí označované značkou Ex (Explosion-protected). Důležité bývá dodržet stoprocentní oddělení okolního "nevýbušného světa" s prostory výbušnými. K tomu slouží speciální hardwarové rozhraní pro tento účel certifikované, které provádí 100% galvanické oddělení všech vstupů a výstupů a zajišťuje omezení el. proudu protékaného vodiči. To mimo jiné zajišťuje i sériová komunikace TTY.

S takovými požadavky se lze setkat v prostředí dřevozpracujícího průmyslu nebo v prostorách uhelných elektráren a tepláren, kde se nachází vysoce výbušný a lehce vznětlivý uhelný prach. V takovýchto prostředích, když se instalují různá měřící a dopravní elektrozařízení, např. pásové dopravníky, pásové váhy, detektory kovů, různé redlery apod, je nutné dodržet určité parametry a vlastnosti dané Ex zónou a normou ATEX. Typickým příkladem mohou být právě pásové váhy, kde se snoubí signálová analogová i digitální komunikace a napájení 24 V DC nebo i 230 V AC. Právě zde je nutné zmíněné oddělovače použít.

Příklad použití oddělovacích modulů pro Ex prostředí - modulů PR 1624/00, PR 1625/60, PR 16265/60 firmy Sartorius Hamburg

Oddělovače/rozhraní Sartorius pro Ex prostředí

Takové Ex rozhraní například vyrábí pro své měřící, vážící a zobrazovací zařízení i německá firma Sartorius, konkrétně pobočka Sartorius Hamburg GmbH. V nabídce najdeme tři typy PR1624/60, PR 1625/60 a PR 1626/60. Všechny umožňují nasazení v rozmezí teplot -10° až +55°C, poskytují krytí IP20 a lze je umístit jak na DIN lištu, tak pomocí šroubů přímo na podklad. Zařízení PR 1626 a PR 1625 mohou být napájeny jak stejnosměrným, tak střídavým napětím 24 V a zdroj musí z pohledu zemnící svorky PE potenciálově vyrovnán s nebezpečnou Ex zónou.

Modul PR1626/60 slouží až k 6vodičovému připojení tenzometrických snímačů, resp. silových snímačů. K napájení snímače slouží vnitřní bezpečný zdroj umožňující napájení 7.5 nebo 12 V. Napětí by však mělo být voleno v závislosti na vstupní impedanci snímače tak, aby protékaný proud nepřekročil limitní hranici dle požadované úrovně zabezpečení výbušného prostředí. Tak zatímco senzor se vstupním odporem větším než 150 Ohmů může být napájen 12 V, senzor s odporem menším napájen jen 7.5 V.

Vnitřek modulu/rozhraní PR 1626/60 pro připojení silových snímačů

Rozhraní PR 1625/60 vytváří obousměrné rozhraní pro sériový přenos dat mezi zařízením vně nebezpečné Ex zóny a elektronickými prvky uvnitř. Navíc poskytuje dva spínané vstupy na straně bezpečné zóny a výstupy vně a stejnosměrné napájení 12 V pro napájení komunikujících přístrojů v nebezpečné zóně, například senzorů, displejů atd. Pro sériovou komunikaci pak musí být použit proudový sériový přenos dat označený jako TTY. Přenos log. 0 a 1 pomocí klasického napěťového signálu zde nelze použít, protože není v něm principielně pevně hardwarově realizován strop hodnoty proudu, který vodiči může téct. Na bezpečné straně pak lze k rozhraní připojit jak klasický standard RS-232, či průmyslovou komunikaci RS-422/485 nebo pokračovat v "proudové komunikaci" pomocí proudové smyčky TTY.

Příklad konkrétního připojení zde uvedených modulů pro oddělení komunikace v nebezpečném (výbušném) Ex prostředí a normálním prostředí lze vidět v následujícím obrázku...

Přední panel s popisem svorkovnic modulu/rozhraní PR 1626/60 firmy Sartorius Hamburg

Výbava na bezpečné (Data Interface) a zabezpečované straně (intrinsically safe part) modulu PR 1625/60

Sériová proudová komunikace TTY

I když tzv. TTY datová komunikace není nijak standardizována, je díky značnému rozšíření v průmyslu všeobecně známa a výrobci využívána. TTY prakticky vznikl již v 19. stolení jako princip pro telegrafní komunikaci a v zásadě z pohledu základního principu funkce je stejný až dodnes. Jde totiž o sériový přenos logických úrovní 0 a 1 (stavů zapnuto/vypnuto) pomocí spínání toku elektrického proudu uzavřenou smyčkou. Jde tedy o proudovou smyčku využívající úrovní 0 a 20 mA nebo dnes i 0 a 60 mA. Prakticky tak jde o stejný přenos jako například u RS-232, ale pouze místo spínání napětí se stavy jednotlivých bitů určují spínáním proudu. Díky tomu, že proud je natvrdo hardwarově omezen proudovým zdrojem, lze tuto komunikaci využít právě v Ex (ATEX) nebezpečném prostředí, kde spínání napětí nepřichází v úvahu právě z důvodu možných nebezpečných proudových špiček a jiskření. Proto je například přítomen i ve výše zmíněném rozhraní PR 1625/60, jako bezpečná náhrada RS-232/485.

Základem je na jedné komunikační straně, straně vysílače, buď proudový zdroj nebo spínací tranzistor a na straně druhé, straně přijímače, obvykle LED dioda. Protože el. proud je hůře rušitelný než napětí, je možné pomocí TTY komunikovat bez problémů i na vzdálenost až 1000 m při přenosové rychlosti 300 až 9600 Baudů.

Řešení TTY rozhraní, kde každé připojené komunikující zařízení má rozhraní čistě buď pasivní nebo aktivní

Protože však TTY není nijak standardizováno nemusí být všechna zařízení plně kompatibilní a mezi výrobci je pak prakticky zavedeno několik provedení rozhraní a převodníků RS-232/TTY, tedy napěťového převodu na proudový. Proto je vždy nutné přesně vysledovat z manuálu zařízení, jak je rozhraní provedeno a zda rozhraní druhé komunikující strany (druhého zařízení) je shodné.

Například jeden z rozdílů, mimo možného provedení s proudem 20 nebo 60 mA, je i funkce (hardwarová realizace) rozhraní přijímač/vysílač. To může být buď čistě pasivní či aktivní - viz obrázek výše, nebo kombinované/symetrické, kde vysílač je vždy aktivní (tj. dodává proud do smyčky) a přijímač vždy pasivní (jen proud spíná).

Řešení TTY rozhraní, kde každé připojené komunikující zařízení má aktivní vysílač a pasivní přijímač

Závěr

I když to není až tak běžné, ve firmách z oblasti chemického, farmaceutického, dřevozpracující průmyslu, jakož i v uhelných elektrárnách a dolech je výbušné prostředí, definované normou ATEX, dost časté a je nutné ho dodržet. Protože však ovládací, regulační a řídící zařízení jsou obvykle umístěna mimo tuto zónu a naopak snímače v Ex zóně, je nutné jejich vzájemné propojení spolehlivě galvanicky oddělit certifikovaným ATEX zařízením. Proto je nutné vždy volit hotové konkrétní k tomu určené oddělovače a nelze nasazovat neověřená a na koleně vyrobená zapojení, byť galvanické oddělení vytvářejí.

Antonín Vojáček