Instalación de Fieldbus

Por: Mike O’Neill, Director de Ventas Internacionales, MooreHawke, División de Moore Industries
ISA InTech México,
Edición Julio – Septiembre 2008.

PARTE 1

Gran número de ingenieros en automatización se enfrentan, por primera vez, con aplicaciones reales de FIELDBUS (la utilización de redes de comunicación digital para aplicaciones en instrumentación y control distribuidos). FIELDBUS constituye una admirable tecnología con múltiples beneficios; sin embargo, la instalación de FIELDBUS requiere de algunas consideraciones adicionales, que van más allá de los proyectos normales de 4-20mA. En éste artículo se analizarán algunas de esas consideraciones y se mostrará de qué manera puede usted manejarlas.

SELECCIÓN DE UN “FIELDBUS”

No se detenga ante la selección de un FIELDBUS. FIELDBUS constituye un término genérico para una variedad de protocolos de comunicación que utilizan diversos medios, pero que sencillamente son los medios para lograr una finalidad.

 

Figura 1: Segmento Fieldbus estándar

Lo que finalmente se desea al finalizar un proyecto, es un sistema de control satisfactorio y funcional y prácticamente toda instalación utilizará múltiples FIELDBUSES para el logro de las diversas tareas requeridas.

Ejemplo: Puede utilizarse el FIELDBUS FOUNDATION en la planta de proceso; DeviceNet para la red de controladores lógicos programables (PLC) y ProfiDRIVE para operar los controladores de motores. Todo sistema de control distribuido (DCS) puede integrar fácilmente todos estos “buses” funcionales de planta en el “bus” del cuarto de control basado en Ethernet. En ingeniería de control de proceso, “FIELDBUS” normalmente se refiere al FIELDBUS FOUNDATION (en delante indicado como “FF”) o al ProfibusPA (en adelante indicado como “PA”); ambos FIELDBUSES son perfectamente adecuados y ampliamente utilizados a nivel mundial en refinerías y plantas de proceso, como mejoras modernas para los dispositivos de 4-20mA con dos conductores. El presente artículo se dedica a la implantación de la capa física FF y PA.

FUENTES DE SUMINISTRO FIELDBUS

Un segmento (o sección) FIELDBUS (Figura 1) empieza en un dispositivo de interfaz en el sistema de control.

En el caso de un sistema de FIELDBUS FOUNDATION H1, la interfaz recibe el nombre de tarjeta H1; en un sistema PROFIBUS PA, recibe el nombre de acoplador de segmento PROFIBUS DP/PA. En términos de alambrado para señal y necesidades de energía para el segmento, FF y PA son idénticos:

  • Voltaje mínimo para operación del dispositivo: 9V.
  • Voltaje máximo en el bus: 32V.
  • Longitud máxima del cable: 1900m (par trenzado y blindado).
  • Comunicaciones a 31 .25 kHz, codificado Manchester.
Figura 2: Un acondicionador de energía Fieldbus evita que las comunicaciones en alta frecuencia sean cortocircuitadas por los reguladores de voltaje de CC. Los acondicionadores de energía comunes suministran de 350 a 500 mA al bus.

La energía de CC (corriente continua) requerido por los dispositivos en el bus, se obtiene regularmente de una fuente de suministro o “acondicionador de energía” para el FIELDBUS (Figura 2), la cual impide que se cortocircuite la señal de comunicaciones en alta frecuencia por los reguladores de voltaje de CC.

Los acondicionadores comunes de energía permiten disponer de 350 a 500mA en el bus y normalmente incluyen aislamiento para evitar la diafonía (cruce de comunicación) por medio de convertidores CC/CC.

Los instrumentos pueden comportarse de manera errática, sacar de servicio el segmento de manera misteriosa y, en general, causar estragos: todo ello porque las terminaciones no se ajustaron de manera apropiada.

Son necesarios dos terminadores por segmento, uno en cada extremo. Con un solo terminador, la señal será más alta y con tres o cuatro terminadores, la señal será más baja. Muchos instrumentos de campo no aceptan señales a 2V pico a pico y pueden restablecerse de manera inesperada. Con tres o cuatro terminadores, la señal puede ser tan baja que resulta no utilizable. La señal mínima absoluta que los dispositivos deben tener la capacidad de reconocer, son 150mV pico a pico. Algunos usuarios pueden probar un segmento en el laboratorio o en las instalaciones del fabricante.

 

Figura 3: Un acoplador para dispositivos proporciona protección contra corto circuito en cada estribación. Algunos acopladores para dispositivos están provistos con terminación automática de segmento.

En estos casos, bajo condiciones cuidadosamente controladas, el segmento puede realmente operar con terminadores incorrectos. Sin embargo, rara vez operan en el campo si los segmentos no han sido terminados adecuadamente. La administración cuidadosa de la instalación es esencial para asegurar el uso del número correcto de terminadores.

Resulta desafortunado que muchos subcontratistas en instalación pongan escasa atención a los terminadores y cometan errores tales como olvidarse de ellos o activarlos todos, si forman parte de los acopladores de dispositivos; dando como resultado que ambos errores impidan la correcta operación del segmento. La inspección física de las cajas de conexiones y gabinetes de campo es, a menudo, la única manera de localizar y corregir la posición del terminador, lo cual representa un retraso significativo en el proceso de poner en servicio una instalación.

La mayor parte de los acopladores para dispositivos (Figura 3) utilizan interruptores abierto/cerrado manuales del tipo DIP (Dual In line Package; uno o más interruptores encapsulados para montaje en tarjeta de circuito, comúnmente llamado interruptor DIP) para la terminación de acopladores.

En un segmento determinado, el último acoplador de dispositivos debe contener el terminador (Figura 4), y todos los acopladores entre el último acopIador y la tarjeta H 1 deben tener sus interruptores del terminador en la posición abierto. El diagnóstico del problema requiere a menudo la inspección física de cada acoplador de dispositivos, a fin de determinar si los interruptores están correctamente ajustados en todo el segmento.

Figura 4: Los terminadores (cajas cuadradas en T) deben estar en posición cerrado al principio y final de cada segmento.

La Terminación Automática de Segmentos simplifica la instalación y puesta en operación. Esta función se activa automáticamente cuando el acoplador de dispositivos determina que es el último acoplador de dispositivos FIELDBUS en el segmento; si efectivamente lo es, termina correctamente el segmento. Si no es el último dispositivo, no termina el segmento, toda vez que el acoplador de dispositivos ubicado corriente abajo asumirá esa responsabilidad.

De parte del instalador se requiere acción nula (tal como no posicionar los interruptores DIP) para terminar apropiadamente un segmento. Si se desconecta del segmento un acoplador de dispositivos, ya sea por accidente o para fines de mantenimiento, la Terminación Automática de Segmentos detecta el cambio y efectúa la terminación del segmento a nivel del acoplador de dispositivos apropiado. Esta acción permite que los dispositivos restantes en el segmento continúen operando normalmente.

CABLE PARA FIELDBUS

Uno de los aspectos fundamentales de FIELDBUS para control de proceso, se refiere a que debe ser tan práctico como sea posible. Tanto la energía como la señal deben encontrarse disponibles en el mismo cable, por una parte y por la otra, el cable no debe ser básicamente diferente del cable convencional para instrumentación en uso común.

Algunos fabricantes de cable se aprovechan del inexperto y ofrecen cable “FIELDBUS” de la misma manera que hace “cable intrínsecamente seguro” (el mismo cable ordinario para instrumentación, pero provisto con una cubierta de color alterno y con un costo adicional significativo). En términos generales, si un cable determinado ya se encuentra en uso para instrumentación y control, es casi seguro que resultará adecuado para utilizarse con FF y PA. Es común utilizar cable de 0.8mm cuadrados, con blindaje en las estribaciones individuales y con blindaje general si forma parte de un cable multinúcleo.

La Tabla 1 muestra los cables comunes que se utilizan en aplicaciones FIELDBUS. Es posible que el cable para instrumentación convencional o cuente con los parámetros para comunicación digital incluidos en su hoja de datos (impedancia efectiva a 31 .25kHz, tasa de atenuación en dB/km, etc.) y por esta razón, su desempeño en aplicaciones FIELDBUS no puede garantizarse.

Tabla 1. Longitud máxima de cables

La Fundación FIELDBUS está próxima a publicar una especificación de pruebas para cable, lo que permitirá a los fabricantes de cable comprobar el cumplimiento con especificaciones para desempeño apropiadas.

Recomendación: Si se pretende utilizar collarines para cable a fin de sellar la acometida del cable a un acoplador para dispositivos o a una caja de conexiones, asegúrese de que el cable FIELDBUS cuenta con sección apropiadamente circular: existen varios cables económicos de dos conductores, con un acomodo diferente que se hace evidente en la cubierta externa del cable, lo que no permite un sello efectivo con el collarín del cable.

CABLEADO FIELDBUS

El cable para aplicaciones FIELDBUS resulta difícil de distinguir de un cable común para 4-20mA. No obstante, las técnicas para alambrado de campo y los accesorios son definitivamente diferentes. Los sistemas FIELDBUS resultan sencillos para su diseño, debido a que todos los pares de conductores de los dispositivos se conectan en paralelo; sin embargo, ya en la práctica, cualquier intento de llenar una caja saturada con terminales y solamente “puentear” positivos y negativos, dará como resultado un “nido de ratas” dentro de la caja. Esta situación podrá ser aceptable para algunas plantas, pero conducirá a todo tipo de problemas de mantenimiento una vez que los instaladores se hayan marchado.

Una alternativa mejor es utilizar Acopladores para Dispositivos: cajas de conexión diseñadas específicamente para la implantación del FIELDBUS. Estas unidades proporcionan, de manera automática y sin confusión, las interconexiones para el sistema; acelerando de manera significativa el proceso de instalación de dispositivos. Estas unidades deben incorporar el terminador requerido, sea con activación manual o automática.

CORTOCIRCUITOS

Los cortocircuitos constituyen un problema común en las instalaciones FIELDBUS. Los técnicos de mantenimiento pueden maltratar cables, la corrosión puede debilitar las conexiones y la vibración debida a bombas o motores puede aflojar cables y conectores. El diseñador del segmento debe tomar en consideración lo que pudiera ocurrir a un segmento completo FIELDBUS en el caso de que cualquier instrumento se cortocircuitara.

Resulta muy recomendable que el diseñador del segmento incorpore alguna forma de protección contra cortocircuito para las estribaciones; la cual puede ser de diseño activo o pasivo. La protección pasiva es muy sencilla y generalmente se efectúa con fusibles en cada estribación, los cuales se funden para desconectar cualquier falla específica. Este procedimiento resulta económico y muy confiable; pero requiere la intervención manual: alguien debe sustituir el fusible fundido (!Esperamos que lo haga después de corregir la falla!).

Los acopladores para dispositivos a menudo proporcionan protección activa para las estribaciones con dos modalidades básicas: “limitación de corriente” y “repliegue”. Tanto la protección limitadora de corriente como la de repliegue ofrecen restablecimiento automático, una vez que se ha eliminado la falla y ambas incluyen normalmente diodos emisores de luz (LED) para mostrar el estado de la estribación.

La técnica de limitación de corriente limita la cantidad de energía que el corto circuito puede extraer a entre 40 y 60mA, dependiendo del proveedor; pero también sostiene la falla en el segmento de manera continua. Aun cuando este diseño protege el segmento del cortocircuito inicial, la corriente adicionalmente extraída por el cortocircuito puede privar de energía a otros instrumentos en el segmento, puede sobrecargar la fuente de suministro y existe la posibilidad de originar fallas catastróficas en el segmento. Si se planea utilizar diseños del tipo de limitación de corriente, asegúrese de que su fuente de suministro cuente con la capacidad suficiente para absorber las cargas adicionales.

Ejemplo: Un segmento cuenta con 10 instrumentos de medición y dos válvulas, conectados por medio de un cable de 50 Ohms nominales y 1000m de • longitud (es decir, 250mA en total). En este caso, la caída de voltaje en el tronco es igual a 12.5V, lo que permite contar con 12.5V en el dispositivo más alejado. Sin embargo, si se presentara un cortocircuito en una estribación, quedaría fija una corriente adicional de 60mA en el segmento. Esta situación absorbe suficiente energía para hacer que los dispositivos reciban menos de 9.5V (8.5V para el dispositivo más alejado) y en consecuencia, algunos dispositivos dejarán de operar. Si se presentaran dos cortocircuitos, todos los dispositivos pudieran dejar de operar y pudiera detenerse una unidad de proceso completa.

Por lo tanto, si se utiliza protección por limitación de corriente en un acoplador para dispositivos, es imperativo contar con un margen de 60mA. En otras palabras: no instale todos los instrumentos que el segmento pudiera alimentar en teoría; deje vacías tres estribaciones como mínimo. Una alternativa es utilizar la protección de “repliegue”, que permite desconectar la estribación con falla y eliminar por completo esa carga del segmento.

La técnica de repliegue desconecta del segmento la estribación en cortocircuito, evitando de esta manera la pérdida de un segmento completo. La técnica de repliegue cuenta con un circuito lógico en cada estribación (Figura 5) que al detectar un cortocircuito en un instrumento o estribación, desconecta esa estribación del segmento y enciende un LED que puede ser observado por el personal de mantenimiento.

Figura 5: Un circuito de “repliegue”, disponible con algunos acopladores para dispositivos, el cual retira del sistema un cortocircuito. Esto difiere de la protección con “limitación de corriente”, la cual limita la magnitud del cortocircuito a 60mA, pero lo mantiene conectado en el segmento.

Utilizando acopladores para dispositivos con protección de repliegue, no hay que preocuparse por fallas en las estribaciones y pueden instalarse confiadamente más dispositivos en los segmentos FIELDBUS. Partiendo de que el costo de las tarjetas H1 ($2,500 dólares) y otros equipos (hardware) del segmento pueden tener un costo prohibitivo, la posibilidad de colocar más dispositivos en un segmento representa un ahorro considerable.

Un segmento FIELDBUS representativo, que consiste en una tarjeta H1, fuente de suministro, acopladores de dispositivos y cables, puede tener un costo cercano a $5,000 dólares. Una planta de proceso grande puede tener cientos, si no es que miles de dispositivos. Utilizando el método de “margen de seguridad”, con el cual no se utiliza la capacidad total del FIELDBUS, el costo de los segmentos extra de FIELDBUS puede ser considerable.

Ejemplo: Considerando que un segmento FIELDBUS común con protección de repliegue moderna puede alojar 16 dispositivos FIELDBUS de 20mA, se requieren 63 segmentos FIELOBUS para soportar 1,000 dispositivos, con un costo aproximado de $312,500 dólares. Si se utilizara protección con limitación de corriente, con un margen de seguridad obligado, cada segmento podrá alojar solamente 10 instrumentos y serán necesarios 100 segmentos, con un costo aproximado de $500,000 dólares. Tan solo por especificar protección contra cortocircuito del tipo repliegue, un usuario final pudiera ahorrar $188,000 dólares.

OPERACIONES REDUNDANTES

Los sistemas FIELDBUS ofrecen múltiples ventajas a las empresas de proceso, una de las cuales (y no la menor) es la eliminación de cableado deficiente y los ” nidos de víboras” de alambrado con pares trenzados en los gabinetes de distribución instalados en campo. FIELDBUS elimina la problemática descrita, debido a que permite cablear 32 dispositivos conjuntamente utilizando un solo par trenzado de “red” digital o segmento.

No obstante, los sistemas FIELDBUS presentan un problema: ¿Qué sucedería si el cable del segmento o el acondicionador de energía que alimenta el cable del segmento fallaran? Dependiendo de dónde ocurra la falla, el segmento completo (con los 32 dispositivos) puede dejar de operar. Una línea de proceso completa puede salir de operación. Una respuesta es proporcionar redundancia en donde sea posible, a fin de asegurar que una falla específica no saque de operación a la unidad de proceso completa. La redundancia se puede utilizar en dos formas básicas:

  1. Acondicionadores de energía redundantes
  2. Troncos redundantes

Un acondicionador redundante de energía (Figura 6) contiene dos acondicionadores de energía, ambos alimentados por un par de fuentes de suministro a 24V CC con carga compartida. Un sistema de ésta naturaleza puede sobrevivir a la falla de cualquiera de las fuentes de suministro a 24V CC o de cualquiera de los acondicionadores de energía. Si se presenta una falla la unidad transfiere la carga a la unidad de respaldo de manera automática y sin saltos. Contiene también una salida de alarma para dar a conocer que se ha presentado una falla.

Figura 6: Los acondicionadores de energía, tales como este TRUNKGUARD de MooreHawke, disponen de acondicionadores de energía redundantes y tiene dos fuentes de suministro. Si cualquier parte individual fallara, el acondicionador continuará alimentando al segmento.

Si cualquiera de los módulos individuales falla, los reemplazos pueden sustituirse “en caliente” sin interrumpir la operación del segmento. Los módulos del acondicionador de energía se enchufan en un portador DIN (Ver Figura 2), el cual puede alojar cuatro u ocho módulos para proporcionar energía redundante a dos o cuatro segmentos FIELDBUS.

Para una configuración redundante, cada par de módulos acondicionadores de energía requieren dos entradas de suministro de energía y una sola conexión al segmento FIELDBUS. La instalación no es difícil, debido a que un acondicionador redundante de energía no requiere que se hagan cambios en el segmento, en los acopladores de dispositivos o en la tarjeta de interfaz.

No obstante, en la mayor parte de los casos (depende del proveedor), el portador DIN puede alojar acondicionadores de energía del tipo “simplex” (no redundantes) o del tipo “dúplex” (redundantes), pero no puede alojar a ambos simultáneamente. Es decir: no pueden mezclarse acondicionadores de energía redundantes y no redundantes en el mismo portador DIN. Por consiguiente, al determinar cuáles segmentos críticos del FIELDBUS tendrán acondicionadores de energía redundantes, tenga cuidado de planear el cableado FIELDBUS de tal manera, que los segmentos críticos se conecten al portador DIN apropiado.

TRONCOS REDUNDANTES

Puede ser necesario proporcionar redundancia en el cable del segmento principal o “tronco”, cuando se trata de un segmento de un proceso crítico. Un procedimiento de esta naturaleza, protege a unidades de proceso críticas contra interrupciones de operación, si algo sucediera al cable principal; como pudiera ser un montacargas que aplaste un cable, presencia de agua en el tubo conduit y una multitud de problemas que pudieran presentarse en el campo. Si es posible transferir el sistema a un segmento de respaldo o redundante, podrá continuar el proceso en operación.

Es importante subrayar que los instrumentos FIELDBUS pueden continuar en funcionamiento por sí mismos en caso de perderse la comunicación con el DCS (Sistema de Control Distribuido) anfitrión. En las instalaciones FOUNDATION FIELDBUS, los dispositivos de campo pueden comunicarse entre sí y continuar supervisando y efectuando operaciones de control, con base en los últimos puntos de ajuste proporcionados por el DCS. No obstante, no pueden continuar en operación si el cable tronco se rompe, puesto que el cable suministra energía a los instrumentos.

Una manera de proporcionar redundancia es la duplicación del segmento completo (Figura 7). Para hacerlo se requiere una tarjeta de interfaz (tal como H1 para FOUNDATION FIELDBUS) adicional, un acondicionador de energía adicional, cable adicional, acoplador de dispositivos adicional y finalmente, instrumentos de campo duplicados. En caso de falla de un segmento, el DCS transfiere al segmento de respaldo.

Figura 7: Un tipo de segmento FIELDBUS redundante, requiere la duplicación de cada componente, desde las tarjetas Hl hasta los instrumentos de campo. Si un segmento falla, el DCS transfiere al segundo segmento.

Aun cuando esta solución resulta extremadamente costosa, proporciona redundancia para cada dispositivo en el segmento. Existe siempre un respaldo, sin importar lo que hubiera fallado. Para instalar un sistema de ésta naturaleza, deben determinarse las condiciones que obligarían al DCS a transferir segmentos y, a continuación, programar al DCS con ese criterio. Es necesario consultar con el proveedor del DCS para asegurarse de que el DCS esté en condiciones de identificar una falla de segmento.

Algunos DCS solamente pueden identificar la falla de una tarjeta de interfaz. Si este fuera el caso, es necesario idear alguna manera para determinar que un segmento ha fallado. Es posible establecer un esquema de software que periódicamente audite los dispositivos del FIELDBUS, preguntando el estado del dispositivo. Si ninguno de los dispositivos responde, el software puede concluir que el segmento ha fallado y avisar al DCS que transfiera al segmento de respaldo. Sin embargo, los procedimientos de mantenimiento se vuelven muy complicados, con la necesidad de pasar por alto (override) dispositivos fuera de servicio y otras complicaciones.

Una alternativa es utilizar el método de segmento tolerante a fallas con tarjetas de interfaz paralelas, acondicionadores de señal paralelos, dobles troncos (cables principales) y un acoplador de dispositivos de campo (Figura 8).

Figura 8: Un sistema FIElDBUS tolerante a faifa cuenta con dos segmentos. Al presentarse una falla en una pierna del sistema, utiliza automáticamente la otra. No hay necesidad de duplicar los instrumentos de campo.

De esta manera se elimina la necesidad de duplicar los instrumentos de campo y evita aspectos difíciles de mantenimiento, en tanto que se mejora el Tiempo Promedio a Falla (MTTF) entre 7 y 10 veces y prácticamente sin costo. Los acondicionadores de energía determinan cuándo se presenta una rotura de cable, suspenden el suministro de energía al tronco fallido y utilizan el cable de respaldo inmediatamente. Este método “tolerante a falla” simplifica la instalación, porque no requiere programación especial del DCS.

Cuando el sistema tolerante a falla detecta la rotura de un cable, priva de energía a la tarjeta H1, de manera que el DCS sabe que ha ocurrido una falla y puede transferir a la tarjeta H1 de respaldo. El DCS recibe también una alarma proveniente de la fuente de suministro, indicando que ha ocurrido una falla. Por otra parte y debido a que los acondicionadores de energía cuentan con auto-terminación, se aplica automáticamente la terminación apropiada al segmento.

Un sistema tolerante a falla no requiere otro equipo (hardware) especial; en efecto, los módulos del acondicionador de energía norma DIN de montaje en riel, pueden instalarse en el mismo bastidor norma DIN como en el caso de módulos convencionales. No se requiere cableado especial para instalación en el campo, pero resulta aconsejable seguir rutas diferentes para cada uno de los cables, de manera que un mismo incidente físico (daño por montacargas) no maltrate ambos cables simultáneamente.

Cuando hay un cierto tipo de instrumento de campo con tendencia a falla, puede instalarse un instrumento redundante, conectándolo en cualquier estribación de reserva en el acoplador de dispositivos. Es obvio que el DCS tendrá que configurarse de acuerdo con la acción tomada, de manera que reconozca una falla del dispositivo y esté preparado para transferir al instrumento de respaldo.

OPERACIÓN EN ÁREAS PELIGROSAS

Existen tres métodos para la instalación de FIELDBUS en áreas de riesgo:

  • Sistemas intrínsecamente seguros
  • Gabinetes a prueba de explosión
  • Equipo no incendiario

Los diseños de circuitos intrínsecamente seguros (I.S.) limitan la energía eléctrica a nivel del dispositivo a un valor inferior a los límites de explosividad del medio ambiente y la mantienen en el límite seguro cuando se presenta la falla de un componente.

Un circuito intrínsecamente seguro, como lo define el NEC (Código Eléctrico Nacional; E. U. de N. A.) es “un circuito en el cual una chispa o efecto térmico es incapaz de dar lugar a la ignición de una mezcla de material inflamable o combustible en aire bajo condiciones prescritas de prueba”.

Un circuito I.S. utiliza un dispositivo de seguridad, tal como una barrera de seguridad, para limitar la energía en el medio ambiente peligroso y debido a que el circuito I.S. se clasifica como muy seguro, puede trabajarse en este sistema energizado sin necesidad de hacer pruebas de concentración de gas (comúnmente llamado “permiso para trabajar en vivo”).

Un diseño e instalación a prueba de explosión (a prueba de flama/Exd en Europa) exige que si un combustible fuera encendido dentro del contenedor, caja o gabinete del dispositivo, el contenedor retendrá la energía de la ignición y la dispersará dentro del área clasificada a un nivel lo suficientemente bajo como para evitar que se produzca una ignición secundaria fuera del contenedor. Los diseños a prueba de explosión requieren métodos especiales para su instalación y exigen que los dispositivos eléctricos y contenedores, cajas o gabinetes estén clasificados “a prueba de explosión” (NEMA 7/9) para el área considerada. Este tipo de sistema no permite trabajar en él estando energizado, a menos que se disponga del certificado de concentración de gas (Gas Clearance Certificate).

Un circuito no incendiario, según lo define el NEC (National Electrical Code), es “un circuito, diferente del alambrado de campo, en donde un arco o efecto térmico generados bajo las condiciones deseadas de operación del equipo, es incapaz, bajo condiciones de prueba especificadas, de encender la mezcla de gas inflamable-aire, vapor-aire o polvo-aire”. Los diseños de circuitos no incendiarios, no toman en cuenta la falla de componentes y en consecuencia, ofrecen un nivel reducido de seguridad en comparación con el diseño de circuito intrínsecamente seguro; por lo tanto, solamente son permitidos para operar en División 2/Zona 2. Existen dos tipos fundamentales: no productor de arco, que no permite trabajar en él estando energizado, a menos que se cuente con el certificado de concentración de gas (Gas Clearance Certificate) y el circuito limitado en energía, que es como un I.S. para pobres y puede trabajarse en él estando energizado.

En tanto que los tres métodos descritos han sido utilizados para instalaciones FIELDBUS, el más solicitado (especialmente en Europa) es el intrínsecamente seguro. Puede considerarse que esto representa una continuidad histórica: los sistemas I.S. fueron excelentes para módulos electrónicos analógicos que requerían acceso frecuente en el campo y para el ajuste de interruptores límite en válvulas.

Los dispositivos FIELDBUS no tienen ajustes físicos o algo parecido que sean accesibles en el campo y todos los cambios se efectúan por medio de las comunicaciones en los segmentos; de manera que aceptar la aflicción de trabajar con FIELDBUS I.S. (y ciertamente puede ser bastante aflictivo) es totalmente innecesario.

No obstante, las especificaciones de las empresas no siempre siguen rápidamente a la tecnología, de manera que se explicará cómo minimizar esa afección cardiaca.

INSTALACIÓN DE SISTEMAS INTRÍNSECAMENTE SEGUROS

Los métodos de instalación intrínsecamente seguros para FIELDBUS comprenden:

  • Entity (Unidad colectiva)
  • FISCO (Concepto intrínsecamente seguro FIELDBUS)
  • Entity con arquitectura dividida

Un sistema Entity requiere el uso de “barreras”, es decir, dispositivos que limitan la cantidad de corriente que puede entrar al área peligrosa (Figura 9).

Figura 9: Los sistemas Entity requieren una “barrera” que limita la energía al segmento y con ello, limita la cantidad de dispositivos FIElDBus.

En términos generales, el FIELDBUS intrínsecamente seguro se basó originalmente en la especificación de FOUNDATION FIELDBUS FFB16. Los sistemas Entity son sumamente confiables, especialmente cuando descansan en limitación de corriente simple por el método resistivo; aspecto que permitió que los parámetros Entity para dispositivos de campo sean por lo menos 24V/250mA/1.2W. Estas barreras permiten cerca de 80mA para los Grupos de Gas ABCD (NEC; National Electrical Code) o IlC (lEC; International Electrotechnical Comission).

Figura 10.

El problema mayor al instalar un sistema Entity, es la gran cantidad de barreras necesarias y el tamaño del espacio de gabinete que se requiere en el “área segura” (Figura 10). Debido a que cada barrera puede trabajar solamente con cuatro dispositivos FIELDBUS, se hace necesario una gran cantidad de segmentos FIELDBUS. Ejemplo: Un segmento FIELDBUS convencional (no peligroso) con 16 dispositivos de 20mA, tendrá que dividirse en cuatro segmentos en área peligrosa.

Cada segmento requiere una tarjeta de interfaz H1 o PA, fuente de suministro y acondicionador de energía, barrera, cable tronco y un acoplador de dispositivos.

El sistema FISCO (Concepto intrínsecamente seguro FIELDBUS) proporciona 115mA, en lugar de solamente 80mA, permitiendo que una fuente de suministro FISCO (Concepto intrínsecamente seguro) alimente alrededor de cinco dispositivos FIELDBUS convencionales.

ADVERTENCIA: Algunos instrumentos FISCO para FIELDBUS se han diseñado para tomar una corriente menor (12mA o 15mA). Algunos fabricantes poco escrupulosos utilizan esas cifras para pregonar que los sistemas FISCO alimentan más dispositivos; no obstante, considere que menos corriente generalmente significa menos capacidad de los propios dispositivos.

 

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2 thoughts on “Instalación de Fieldbus

  1. muy ilustrativo y de fácil entendimiento, además se basan en las normatividades de la instrumentación, los felicito.

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  2. Me gustaría se adicionaran recomendaciones sobre el conexionado de las tierras tanto en equipos de campo (transmisores, posicionadores, etc) hasta el host

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