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DART !?
Dynamic Arc Recognition and Termination
本質安全防爆を全く新しい手法で実現！
– ハイパワー(8…50W)供給可能 【本質安全防爆】
– 異常時にエネルギーを制限
– スパークの発生を検知
July 2012
Tetsu Suzuki
Pepperl+Fuchs ペッパール
アンド
フックス 株式会社ピーアンドエフ
ドイツ本社ビル
Pepperl+Fuchs was founded in 1945 by Walter Pepperl and Ludwig Fuchs
as a radio repair shop.
By 1948, Pepperl+Fuchs was expanding into other electronic production,
leading to the development of:
the first proximity switch in 1958 and
the first transistor amplifier with an intrinsically safe control circuit.
July 2012
Tetsu Suzuki
1
防爆 ～爆発の３要素～
＊空気（酸素）
＊可燃性ガス
爆発の３要素
＊点火エネルギー （点火源）
July 2012
Tetsu Suzuki
防爆 ～点火源～
＊電気的アーク・スパーク
＊発熱
＊静電気
＊雷
点火源
＊高周波電磁輻射
＊機械的衝撃
July 2012
Tetsu Suzuki
2
防爆 ～防爆構造～
＊本質安全防爆構造(ia, ib, ic)
＊耐圧防爆構造(d)
＊安全増防爆構造(e)
＊内圧防爆構造(p)
＊油入防爆構造(o)
＊砂入防爆構造(q)
＊樹脂充てん防爆構造(ma, mb)
＊特殊防爆構造(s)
＊非点火防爆構造(n)
＊粉じん防爆構造(D )
防爆構造
July 2012
Tetsu Suzuki
危険ガスの分類と機器の温度等級
グループⅠ： 鉱山事業所の危険場所（メタン）
グループⅡ： ガス又は蒸気の分類 工場又は事業所の危険場所
ⅡＡ ： プロパン、アセトン、エタノール、ガソリン
ガスグループ
ⅡＢ ： エチレン、ジエチルエーテル、ｱｸﾘﾙｱﾙﾃﾞﾋﾄﾞ
ⅡＣ ： 水素、アセチレン、二硫化炭素、硝酸エチル
防爆電気機器の温度等級 （→ ガス又は蒸気の発火温度）
Ｔ１ ： ≦４５０℃
Ｔ２ ： ≦３００℃
Ｔ３ ： ≦２００℃
Ｔ４ ： ≦１３５℃
Ｔ５ ： ≦１００℃
温度等級
Ｔ６ ： ≦８５℃
ATEX防爆のマーキング例： II 1G EEx ia IIC T6
July 2012
Tetsu Suzuki
3
危険場所と対応する防爆構造
 ＺＯＮＥ ０：
本質安全防爆（ia） 特殊防爆
ATEX： Category 1 機器
 ＺＯＮＥ １：
本質安全防爆（ia, ib） 耐圧防爆 内圧防爆 安全増防爆
ATEX: Category 2 機器
 ＺＯＮＥ ２：
本質安全防爆（ia, ib, ic） 安全増防爆 油入防爆
ATEX: Category 3 機器
防爆のマーキングの例：
July 2012
II 1 G EEx ia IIC T6
Tetsu Suzuki
本質安全防爆
防爆構造電気機械器具型式検定ガイドより
本質安全防爆構造とは、電気機械器具を構成する部分の発生する火花、アーク又は熱が、
ガス又な蒸気に点火する恐れがない事が点火試験等により確認された防爆構造。
安全保持器: ツェナーバリヤ
絶縁型バリヤ
July 2012
Tetsu Suzuki
4
既存の制約に捉われない
– スパーク発生  爆発！
V
– これまでの本質安全防爆
点火エネルギー未満に電力を抑える！
Ignition curves acc. to IEC 60079-11
I
II A
– DART → エネルギー制限なし
II B
– DART → ダイナミックに異常を検知
即時電源遮断！
– 高速回路遮断により
スパークの発生を未然に防ぐ
II C
Circuit diagram for
determining ignition curves
– エネルギーの制限を取り去った本質安全防爆
July 2012
I
Tetsu Suzuki
DART テクノロジー：
如何にしてフィールドへの
エネルギーを制御するか？
しかも旧来からの電気エネルギー
制限が取り去られた条件下で･･･
July 2012
Tetsu Suzuki
5
アークの発生をダイナミックに検知
Uq
POWER SUPPLY
CABLE
Ex ib IIC
LOAD
turn-off タイム: 5…10 µs
July 2012
Tetsu Suzuki
U, I, P
A typical Spark – Electrical Behavior
Initial
Phase
Critical Phase
di/dt
US
IS
PS
Spark Duration
July 2012
t
Tetsu Suzuki
6
U, I, P
A typical Spark – Extinguished by DART
Initial
Phase
Critical Phase
IS
di/dt
US
PS
t
July 2012
Tetsu Suzuki
DARTフィールドバス
7
フィールドバスの種類
•
FA用
種類
Modbus
Device Net
CC-Link
AS-I
EtherCAT
起源
米国
米国
日本
欧州
ドイツ
欧州
団体
Modbus Organization
Open DeviceNet
Vendor Association
CC-Link協会
AS-International
Association
EtherCAT
technology
Group
Profibus
International
日本プロフィバス協会
地域
特徴
米欧
米欧日
歴史が古く実績が多い
速度が遅い
• PA用
日本・アジア
OSI2層以下に
CAN(Controller Area
Network)を流用
高速
PLSとの接続が
容易
Profibus-DP
米欧日
米欧日
専用ケーブルにより接
続が簡単
Ethernetベース
高速
高速(30us)
Profibus-PAと混成シ
ステムを構築可能
上位バスと接続にゲー
トウエーを用いる
米欧日
種類
Profibus-DP
Profibus-PA
起源
欧州
欧州
米国
団体
Profibus International
日本プロフィバス協会
Profibus International
日本プロフィバス協会
Fieldbus Foundation
日本フィールドバス協会
地域
特徴
米欧日
高速
Foundation Fieldbus
米欧日
米欧日
2線式伝送
防爆対応
2線式伝送
防爆対応
Profibus-DPに接続して使用
(PAバスは低速)
制御機能を現場機器に分散
Profibus-PAと混成システムの構築が可能
低速(H1) ／ 高速版(HSE)
July 2012
Tetsu Suzuki
プロセスオートメーションのフィールドバス
２線式
電源・信号線が同じ
防爆要求
July 2012
Tetsu Suzuki
8
フィールドバス for Process Automation
For Process Industries …
Foundation Fieldbus
Profibus-PA
July 2012
防爆要求
31.25kHz
31.25kHz
Same Physical Layer
Tetsu Suzuki
フィールドバスと防爆技術
The first step
Simplifying validation
Maximizing power
Next generation for intrinsicaly safe fieldbus
July 2012
Tetsu Suzuki
9
Entity – The first step
Max. Values (IIC)
–
–
–
–
–
Evolution from point-to-point
Based on IEC 60079-11
Validation includes calculations for L‘ and C‘
Significant power limitation
Not well suited for fieldbus
UO
IO
PO
L’/C’
10.9 V
100 mA
1.2 W
Calculation
required
1996 by P+F:
First Entity / FISCO Power Supply
l < 570 m
July 2012
Tetsu Suzuki
FISCO – More power through research
– Study confirms higher power values.
Max. Values (IIC)
Ascertained through experiments
UO
14 V
– Based on IEC 60079-27
IO
120 mA
– Allows one power supply per segment
PO
2.1 W
– Eliminates calculations for L‘/C‘
– Simpler – Still limited power!
– Limited number of devices per segment (only four under IIC)
1996 by P+F:
First Entity / FISCO Power Supply
l < 570 m
July 2012
Tetsu Suzuki
10
High-Power Trunk Concept
–
–
–
–
–
Trunk with increased safety installation
Simple segment design – same for any area
Choice of FISCO or Entity at each output
Simple validation – separate per output
Optional redundancy for power supplies
Max. Values (IIC)
Choice of
FISCO or Entity
at each output
Redundant Power Hub
for four segments / eight segments
l > 670 m
July 2012
Tetsu Suzuki
DART Fieldbus
–
–
–
–
–
Trunk with intrinsic safety installation
Simple segment design – same for any area
Choice of FISCO or Entity at each output
Simple validation – separate per output
Optional redundancy for power supplies
本質安全防爆
Ex ib
Redundant Power Hub
for four segments / eight segments
l > 670 m
July 2012
Tetsu Suzuki
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DART Power Hub
– Redundant Power Supply with load
sharing
– With Advanced Diagnostic Module
– DART-protected trunk connection
– Three-way galvanic isolation of DCS,
bulk power and fieldbus segment
Technical Data
Trunk Output
DART Power Hub
Rated power
22 V / 360 mA
DCS supply
10.2 V / 40 mA
Cable distance,
typ./max.
550 m / 1000 m
July 2012
Tetsu Suzuki
Compact DART Power Hub
– Profibus DP/PA coupler
– DART-protected trunk
connection
– Works as I.S. Barrier with
three-way galvanic isolation
of DCS, bulk power and
fieldbus segment
– Two Profibus-PA segments
Technical Data
Trunk Output
DART Power Hub
Rated power
22 V / 360 mA
DCS supply
10.2 V / 40 mA
Cable distance,
typ./max.
550 m / 1000 m
July 2012
Tetsu Suzuki
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DART Segment Protector
–
–
–
–
Connections for field instrument
Outputs intrinsically safe Ex ib IIC
With short-circuit protection
Live disconnect on trunk and spurs
Technical Data
Spur Output
Rated power
IS Power rating
Spur length up to
July 2012
DART
Segment Protector
min 10.5 V @ 34 mA
24 V / 250 mA
120 m
Tetsu Suzuki
DART: Intrinsically safe High-Power Trunk
To the System
General Purpose Area
or Zone 2
The intrinsically safe High-Power Trunk
protected by DART®
DART Segment Protectors
Intrinsically safe spurs
Entity Ex ib IIC
Zone 1
For any fieldbus device: Ex ib IIC
July 2012
Tetsu Suzuki
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DART Fieldbus
The Simplicity of Intrinsic Safety
•
DART フィールドバス:
本質安全防爆のフィールドバスセグメントを実現 (ガスグループ: IIB IIC)
トランク : DART技術でハイパワー
スパー : 既存機器でも使用可能
•
特徴
– トランクは最長 1000 m まで
– 冗長化電源
– ハイパワーとランクと同じ配線トポロジー
– FOUNDATION fieldbus H1 と PROFIBUS PA に共通した物理層の提供
DART Fieldbus will be certified acording to international standard IEC 60079
July 2012
Tetsu Suzuki
http://www.technology-dart.com/en/
SIMPLIFY
July 2012 PROCESSES
Tetsu Suzuki
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