이더넷-APL은 PROCESS 계장표준으로 세계 전문 표준개발기구 4곳과 12개의 국제 자동화 메이커에서 합의하여 IEC/IEEE 등의 국제표준기관에서 공인된 새로 나온 신기술이므로, 자세한 설명과 해설이 필요하고 이 기술의 핵심 요체를 설명하는데 자세한 안내가 필요하므로 ‘이더넷-APL 길라잡이’라는 이름을 붙여 10~12회 정도로 내용을 안내 하고자 작명을 했다. 이번 호는 지난 회에 이어 폭발성 대기가 없는 지역에서의 APL 적용 예시와 폭발성 대기가 있는 지역의 네트워크 토폴로지에 대해서 알아본다.

 

 

APL 토폴로지 계획 기본 사항

 

그림 1은 보조 장치와 케이블 커넥터가 있는 네트워크의 예를 보여준다. 이 예는 표 1에 정의된 요건을 충족하는 것을 알 수 있다. 계획 과정에서 모든 세그먼트가 표 1에 따라 보조장치의 최대 개수와 최대 삽입 개수를 준수하는지를 확인한다. 자세한 내용은 보조장치의 문서를 확인한다.

 

 

폭발성 대기가 없는 지역에서의 APL 적용 예시

 

이 장에서는 폭발적인 대기가 없는 지역의 APL 시스템 계획 과정을 안내하려고 한다. 폭발적인 대기가 있는 지역의 계획 네트워크에 관심이 있는 독자를 초대하여 섹션 바로 진행하고자 한다.

 

그림 2는 샘플 응용 프로그램을 보여준다. 현장 장치들은 필요한 기능을 기반으로 선택되었고, 그 선택은 APL 네트워크의 후속 계획 프로세스를 위한 입력이라고 가정해 본다. 또한 장치들의 물리적 위치는 이미 언급된 바와 같이 계획 프로세스에 대한 입력이다.

 

 

첫 번째 실행에서, 지선인 스퍼(spurs)들이 고려된다. 계획 프로세스 동안, 다음의 단계들이 실행되어야 한다.

 

· 1단계 : 모든 스퍼들의 최대 케이블 길이를 확인한다.

· 2단계 : APL 필드장치가 APL 필드 스위치의 스퍼 포트에만 연결되어 있는지 확인한다.

· 3단계 : Trunk_in 포트가 Trunk_out 포트에만 연결되어 있는지 확인한다.

· 4단계 : 필드 스위치가 연결된 APL 필드장치의 전력 수요에 맞는지 확인한다.

 

그림 2의 예는 소스파워 클래스 C(필드 스위치 스퍼 포트)를 필드장치의 스퍼 포트 클래스 A, B 또는 C와 결합할 수 있음을 보여준다.

 

필드 스위치가 제어 네트워크에 직접 연결되는 경우 또는 무동력 트렁크 7을 사용하는 경우, 허용되는 최대 케이블 거리만 준수해야 한다. 판독기는 섹션 0으로 진행할 수 있다. 다른 네트워크 구조(제어 네트워크에 직접 연결되는 무동력 트렁크 또는 필드 스위치)가 가능하다. 이 경우 스퍼에 대한 전력 고려만 수행해야 한다. 동력 APL 트렁크를 사용하는 경우, 다음과 같은 추가 계획 단계를 수행해야 한다.

그림 3은 네트워크 계획 상태를 보여준다.

 

 

· 4단계 : 트렁크의 케이블 길이를 확인한다. 허용되는 최대 케이블 길이는 케이블의 카테고리, 전선 직경, 필드스위치의 부하조건에 따라 달라지므로 트렁크의 전압강하를 확인해야 한다.

· 5단계 : 전력 스위치의 트렁크_아웃 포트(Trunk_out port)와 필드 스위치의 트렁크_인 포트(Trunk_in port)의 전력클래스가 일치하는지 확인한다. 그림 3의 예에서는 전력 스위치와 두 필드 스위치의 전력클래스가 일치한다. 표 2에 따라 다른 것도 가능하다.

 

 

폭발성 대기가 있는 지역의 네트워크 토폴로지

 

이 섹션에서는 폭발적인 대기 환경을 가진 지역의 네트워크 토폴로지에 대해 다룬다. 폭발성 대기가 있는 지역에 설치를 계획할 때는 다음과 같은 안전 주의사항을 준수해야 한다. 폭발적인 대기가 있는 지역에서 사용할 경우 전기장비에 대한 인증이 필요할 수 있다. 자세한 사항은 Ex 전문가 또는 공급업체를 참조하기 바란다.

Ex 구역의 정의 및 폭발성 대기가 있는 지역의 전기장비 계획은 유자격자만 수행해야 한다. 이때 현지 규정이 적용된다. 이 장에서는 APL의 특별한 계획 측면에 대해서만 설명하며 Ex 설치계획의 전체 범위는 설명하지 않는다.

 

1. APL 보호등급의 본질안전(Ex i)

APL 본질안전 개념 2-WISE (IEC TS 60079-47) [(2-Wire Intrinsically Safe Ethernet)본질안전 이더넷)]은 유해영역표준(IEC 60079-11, IEC 60079-14 및 IEC 60079-25)에 명시된 원칙을 기반으로 한다. APL 세그먼트 내에서 APL 장치 및 케이블의 본질안전 매개변수에 대한 검사프로세스를 단순화하기 위해 IEC TS 60070-47에서 새로운 본질안전 시스템 개념이 표준화되었다. APL 동력 스퍼에 사용되는 장비에 대한 보편적 본질안전 매개변수의 한계를 정의한다.

 

2. APL 스퍼에 대한 본질안전성 검증(2-WISE-approach)

본질안전 동력 2-WISE 스퍼는 스위치에 의해 제공되는 본질안전 전원, 필드장치에 의해 제공되는 본질안전 로드 포트 및 최대 2개의 보조장치를 포함할 수 있다(그림 4 참조). 사용된 모든 장비는 2-WISE에 따라 인증되어야 한다. 스위치, 필드장치 및 보조장치를 스퍼에 연결하기 위해 사용되는 케이블은 최대 200m이며 다음 규격을 따라야 한다.

 

 

· 케이블 저항 Rc: 15 Ω/km ~ 150Ω/km

· 케이블 인덕턴스 Lc: 0.4 mH/k ~ 1mH/km

· 케이블 용량 Cc: 45 nF/km ~ 200nF/km

 

APL 스퍼 세그먼트는 또한 단자 클램프 및 커넥터로서 상호연결 설비를 포함할 수 있다. 상호연결 설비는 IEC 60079-11에 따라 단순한 장치로 규정되어 있으며 본질안전성 검사에 고려되지 않아도 된다. IEC 60079-14의 설치 및 문서화 요구사항이 적용된다. 참고로 IEC 60079-25는 시스템 문서에 대한 설명의 예를 제공한다.

 

2-WISE 접근법에 의해 고려된 설정에는 다음 규칙이 적용된다. 2-WISE 소스포트, 1개의 2-WISE 로드포트 및 최대 2개의 2-WISE 보조장치가 최대 길이 200m의 케이블에 연결될 경우, 동력 2-WISE 스퍼는 본질적으로 안전하다고 간주되어야 한다. 케이블은 위의 사양을 따라야 한다. 시스템의 보호수준은 가장 낮은 보호수준으로 2-WISE 포트에 의해 결정된다. 2-WISE 장치에는 ‘2-WISE’와 보호등급이 표시되어 있다.

 

IEC TS 60079-47에는 다음 정보를 포함하는 각 2-WISE 세그먼트에 대한 설명적 시스템 문서가 필요하다.

 

· 보호레벨(예: Ex ia 또는 Ex ic]은 가장 낮은 보호레벨을 갖는 2-WISE 포트에 의해 결정된다(예: 필드스위치포트의 사양이 Ex ic이고 장치의 사양이 Ex ia이면 보호 레벨은 Ex ic이 된다).

· 장비그룹(예: IIC)은 가장 부담이적은 장비그룹을 갖는 2-WISE 장치에 의해 결정된다.

· 각 2-WISE 장치의 온도등급(예: T3, T4).

· 사용된 케이블의 엔티티 파라미터

 

IEC 60079-25는 시스템 설명 문서의 예를 제공한다. 문서 제안은 부록에서 확인할 수 있다.

 

3. IEC, ATEX 또는 NEC 505에 따른 폭발성 대기 구역에서의 스퍼 토폴로지 예

각 2-WISE 장치의 온도등급(예: T3, T4). 사용된 케이블의 Entity 파라미터. IEC 60079-25는 시스템 문서를 설명하는 예를 제공한다. 문서 제안은 IEC, ATEX 또는 NEC 505에 따라 폭발적인 대기를 가진 구역의 경우 스퍼 토폴로지 예를 부록에 수록한다.

 

그림 5는 영역2에 필드 스위치가 설치된 스퍼 토폴로지의 예를 보여준다. 필드 스위치는 산업 이더넷 제어 네트워크에 직접 연결된다. APL 트렁크는 사용되지 않는다. 필드 스위치는 Zone 2에 위치한다. 본질안전 스퍼는 APL 필드 스위치와 Zone 1 / Zone 0에 위치한 필드장치를 연결한다. 토폴로지에는 다음과 같은 기능이 있다.

 

 

· APL 필드 스위치는 별도로 전원이 공급되고 APL 필드장치는 필드 스위치 스퍼를 통해 전원이 공급된다.

· 이더넷 콘트롵 네트워크(amber line) Zone 2에 대해 안전성이 향상된 Ex op(IEC 60079-28) 이상으로 분류된다. 이 경우 광섬유매체로 표시된다.

· 스퍼는 본질적으로 안전하며, 1구역/ 0구역에 Ex ia로 분류된다(Zone 1 / Zone 0).

 

해당 장치들은 해당 위험지역에서 사용할 수 있도록 인증을 받아야 하며, 계획과정에서 Ex certificate/제조사 선언을 이용할 수 있어야 하며, 계획과정에서 확인해야 한다. 위험지역 위험분석은 현지 규정에 따라 계획과정에서 실행 및 문서화되어야 한다.

 

4. IEC, ATEX, NEC 505에 따른 폭발 성 대기구역에서의 트렁크 토폴로지[예/APL 적용]

그림 6은 영역 1에 필드 스위치가 설치된 전동식 트렁크 토폴로지의 예를 보여준다. 토폴로지에는 다음과 같은 기능이 있다.

 

 

· APL 필드 스위치 및 APL 필드 장치는 트렁크를 통해 전원이 공급된다.

· 트렁크는 구역 1에 대해 안전성 향상 Ex eb/AEex eb로 분류된다.

· 스퍼는 1/0 구역에 대해 본질적으로 안전한 Ex ia로 분류된다.

· 동력식 트렁크의 길이 제한/전압 강하를 준수해야 한다.

 

해당 장치들은 해당 위험지역에 사용할 수 있도록 인증을 받아야 하며, 계획 과정에서 Ex 인증서/제조업체 신고를 이용할 수 있어야 하며, 계획과정에서 확인할 수 있어야 한다. 위험지역 위험분석은 현지 규정에 따라 계획과정에서 실행되고 문서화되어야 한다.

토폴로지에는 다음과 같은 기능이 있다.

 

· APL 필드스위치 및 APL 필드장치는 트렁크를 통해 전원이 공급된다.

· 트렁크는 구역 1에 대해 안전성이 향상 Ex eb/AEex eb로 분류된다.

· 스퍼는 1/0 구역에 대해 본질적으로 안전한 Ex ia로 분류된다.

· 동력식 트렁크의 길이 제한/전압 강하를 준수해야 한다.

 

해당 장치들은 해당 위험지역에서 사용할 수 있도록 인증을 받아야 하며, 계획 과정에서 Ex certificate/제조사 선언을 이용할 수 있어야 하며, 계획 과정에서 확인해야 한다. 위험지역 위험 분석은 현지 규정에 따라 계획 과정에서 실행 및 문서화되어야 한다.