기술자료 [기초지식] |
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필드버스 적용 2편 (세그먼트 설계- 기본) |
이장에서는 필드버스 H1 segment 설계와 관련된
지식에 대하여 알아 보도록 합니다. |
필드버스 개요 정리 |
전장에서
거론한 사항을 간단히 정리하여 보면, |
필드버스 세그먼트 (Segment) |
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세그먼트 구성요소에 대한 정리 |
아시다시피, 필드버스는 속도가 31.25kHz의 상대적으로 느린 데이터통신을 하므로 반사파등이 중요한사항은 아니지만 이러한 Trunk Cable에는 |
필드버스 토플로지 (Fieldbus Toplogy) |
필드버스 연결방법은
하단 그림처럼 한 개의 Trunk Cable 을 끌고와서 계속 직렬로
연결해가는 Daisy-chain방식과 Trunk Cable (Homerun cable이라고도함)로부터 Bus, Spur방식으로 연결해가는방법 그리고 현실적으로 많이 적용하는
Tree / Chickenfoot 방식으로 대별할 수 있습니다. |
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지금부터는 위에서 언급한 필드버스 구성품을 세부적으로 하나씩 알아 보기로 합니다. 기본적인 사항을 먼저 다루고 위험지역 (Hazardous Area)에 적용하는 경우는 다음장에서 얘기하도록 합니다. |
(1) 필드버스 Power Supply (Fieldbus Power conditioner) |
필드버스에 연결되는 현장계기류d에 Loop power 공급 및 디지털 통신을 위해 사용되는 Foundation Fieldbus Power Supply 이며, 그림에서 보는것처럼 전원을 주기위한 전원부와, 디지털통신을 방해하지 않도록 하기위한 Filter(또는 Conditioner)부 그리고 isolation을 위한 DC/DC 부분으로 대부분 설게되고 제작됩니다. FF Power Supply는 일반 지역용 (General Type)와 위험지역용 (Hazardous Area)의 IS (Entity / FISCO) 용으로 대별되며 다시 세부 모델로는 이중화전원 (Redundant FF Power Supply) 과 Simplex 전원(Single Power supply) 으로 나눌수가 있겠습니다. 근래들어 많은 RFQ상 이중화전원 (Redundant Power)라는 단어가 나옵니다. 여기서 이중화전원이라는 것은 상기의 isolation단 및 conditioner단을 이중화 하라는 얘기입니다. (Bulk power supply 이중화는 거의 기본사항이라고 생각하면 됩니다). |
이중화 하는 방법론으로는 두가지 방법이 대세입니다. 1:1 redundancy 와 1:N redundancy입니다. |
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(2) 필드버스 컨넥션 시스템 (Device Coupler 및 Junction Box) |
필드버스라고 하더라도 필드버스 디바이스의 연결은 일대일 와이어링 (Spur)을 해야 하고, 이를 어디선가는 한꺼번에 모아서 트렁크 케이블에 연결하여야 합니다. 하단에 일반적인 연결 도면예를 보입니다. |
FF 통신은 버스방식이므로 몇세그먼트 되지 않는 간단한 경우라면, 왼쪽그림과 같이 일반 TB와 와이어링 점퍼등을 이용하여 해당 필드버스 디바이스 (현장 계기류) 들과의 연결을위하여 내부에서 Daisy Chain 연결방식으로 간단히 만들어 사용할 수도 있습니다. 장점으로는 저렴한 가격이
되겠습니다. 다만 이 경우는 Spur short circuit 등의 보호장치가 없으므로 단점은 와이어링작업시 주의가 요구되는 것이며 (일단 Manpower가 더 투입되겠지요 - 예로서, 터미널 단자 지정시 한단자씩 밀려서 연결되거나, 일부 와이어링의 극성 (+.-) 이 꽈배기 처럼 헝클어지는 경우가 발생할 수도 있지요, 이로 인한 통신불량으로 루프체크를 하여야 한다면), 현장에 설치한 후에도 유지보수상 어려움이 따릅니다. 현장작업중 쇼트로 인한 전체 세그먼트 다운이 발생할 수도 있고,
도면작업을 잘해서 추후 유지보수작업이 용이하도록 해야하는 약간의 수고를 해야하고, 유지보수시 전체 세그먼트가 다운될 여지를 항상 가지고 있습니다. |
이런 디바이스 커플러를 선정하는 기준은 몇가지가 있겠습니다만, |
2) Zone 1지역에 전력사용량이 많거나, 장거리 또는 일반형 현장계기류들 사용으로 인하여, 일반 FF 전원을 사용하고 싶은데, 여러 가지 제약으로 인하여 고민이 많는 경우는 , 간편하게 Zone1 지역에 설치할 수 있는 디바이스 커플러도 출시되어 있습니다. |
현재 대부분의 Foundation Fieldbus 는 AI / AO signal들을 대상으로 하고 있고, 이에 대한 제품군들이 출시되어 있습니다. 가끔 DI/DO signal들을 FF 통신에 묶을 경우가 생기는데, 이런 용도로 나온 제품군들도 있습니다. 다음은 R.Stahl 사의 9413 시리즈로 DI 8 ch, DO 4ch Discrete Coupler 입니다.
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2) Terminator 기능 : 종단저항은 통상 반사파 (Standing Wave)문제로 삽입하지만 현재 H1은 31.25kHz로 느린통신을 하기 때문에 이러한 이유보다는 전압을 조정하여, 보다 Load에 잘적응하도록 한 것입니다. |
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3) 외함 (Junction Box) : 디바이스 커플러를 설치할 외함으로서 현장요구사항 (재질, 위험지역 여부, 내부에 몇 개의 device coupler를 실장할건지 등등) 에 따라 선정하면 되겠습니다. 이런 요구사항에따라 여러 종류별로 설계가 가능하겠습니다. |
4) 써지프로텍션 (Surge Protection) : 주변외란이나 유도낙뢰 유입에따른 FF Power Supply 및 Device Coupler의 파손을 방지하기 위하여 트렁크 케이블 양단에 써지프로텍터를 장착해 달라는 요구도 많이 있습니다. |
(3) 트렁크 케이블 이중화 (Fault Tolerant- Trunk cable Redundancy) |
트렁크 이중화 (Trunk cable Redundancy) 에 대하여 거론해 보기로 합니다. |
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- DCS H1 card 이중화, |
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이중화 트렁크 (Redundant Trunk)를 지원하는 Fault Tolerant FF System (TRUNKSAFE) 라는 제품이 있습니다. |
이렇게 이중화를 전부 해가면 MTBF가 증가하여 신뢰성이 획기적으로 상승되므로 향후 거론되고 있는 SIS 에 적용을 검토할 수 있게 되는 것입니다. 하단에 계산치를 정리하였으며, MTBF 단위는 "년" 입니다. |
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국내에도 연구소에 연구용으로 납품되었으며, 해외 프로젝트용 RFQ에도 가끔 거론 됩니다. |
(3) 필드버스 케이블 |
필드버스 케이블에 대한 질문을 하여주신 김경종님께 감사 드리며, 다음의 자료를 참고하시어 필드버스케이블을 사용하시면 되겠습니다.
Fieldbus uses twisted pair wires. A twisted pair is used, rather than a pair of parallel wires, to reduce external noise from getting onto the wires. A shield over the twisted pairs reduces the noise further. The twisted pair and the shield combination plus any covering is called a cable. |
다음에는 현장에서 간단히 이런 FF 설치시 도움이 되는 몇가지 계측기들을 소개 합니다. |
(4) 계측기 |
필드버스를
설치한후 기존처럼 현장 커미셔닝을 하기위하여는
케이블 결선 점검, 루프체크등등 많은 업무가 따릅니다.
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시간나는대로
보강하여 update하겠습니다. 감사 합니다. |
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