Network Design in Hazardous Environments

Tehlikeli ortamlarda kullanılan endüstriyel ağlar - kimyasal işleme tesisleri, petrol rafinerileri, doğal gaz tesisleri, tahıl asansörleri ve yeraltı madencilik operasyonları gibi - tipik bir BT ağ endişelerinin ötesinde giden benzersiz bir tasarım kısıtlamaları.Bu ayarlarda, bir ağ aygıtından tek bir kıvılcım, iletişimin anlık kaybı kontrol edilemeyen süreçlere, ekipman hasarlarına veya personel yaralanmasına yol açabilir.Güvenlik ve güvenilirlik için tasarım kısıtlamalarına sahip olmak için tasarım kısıtlamalarının tasarımı; altta yatan bir gerekliliktir.

Zorluk iki bazen çatışma hedeflerini dengelemekta yatıyor: Network'ün kendisi, uçucu bir atmosferde ateşlemek için bir yol haline gelmemesini sağlamak, aynı zamanda endüstriyel kontrol sistemlerinin talep ettiği yüksek kullanılabilirliği ve deterministic performanslarını korumak.

Tehlike Ortam Sınıflarını Anlamak

Herhangi bir ağ ekipmanı seçili veya en iyi tasarlanmış bir topolojiden önce, mühendisler öncelikle tehlikeli alanın belirli sınıflandırmasını soru ile anlamalıdır. Sınıflama sistemleri mevcut olan patlayıcı atmosferinin olasılığını ve süresini tanımlar, ayrıca tehlikeli malzemenin doğasını da içerir.

Sınıf /Division System

Ulusal Elektrik Kodu ([[DÜ:0)NFPA 70) altında, tehlikeli yerler Sınıf, Bölüm ve Grup tarafından sınıflandırılmıştır:

  • [FONT:0)Kıfır I:[Dönemli gazlar, buharlar veya sıvılar patlayıcı veya ignitable karışımlar üretmek için yeterli miktarda mevcuttur. Örnekler petrol rafinerileri, kimyasal bitkiler ve boya dükkanları içerir.
  • [FONT:0)Class II:[[Dönetici:[Dönetici:0) Yerleri, kömür işleme tesisleri, tahıl asansörleri ve metal toz üretim alanları gibi mevcut.
  • [[Dış III: [Dönetici: [Dönetici:0) Yerleri kolayca ısıtıcı fiberler veya uçanlar mevcut ancak yeterince miktarda ignitable karışımlar üretmek için süspansiyonda bulunmamak için büyük olasılıkla. Tekstil değirmenleri ve ahşap çalışma dükkanları tipik örneklerdir.

Her sınıf daha da eksiltme:0)Division 1) ve [küresel çalışma koşulları altında mevcut) ve [[Dönetici:2)Division 2) (küresel durum sadece ekipman başarısızlığı veya üzüntü gibi anormal koşullar altında mevcuttur.

Bölge Sınıf Sistemi

[FONT:0]IEC 60079[[Dönetici:0)) Orta standartlar, Avrupa, Asya'da daha fazla sayıda ve daha fazla kullanılan bölgeleri tanımlar:

  • [FONT:0)Zone 0 (Gas) / Bölge 20 (Dust): [Dönemli bir atmosfer sürekli olarak veya uzun süreler için mevcut (tipik olarak yılda 1000 saatten fazla). Ekipmanlar bu bölgeler için sertifikalı ve genellikle en yüksek koruma seviyesini gerektirir.
  • [FONT:0)Zone 1 (Gas) / Bölge 21 (Dust): [Dönetici: 1) Bir patlayıcı atmosfer normal operasyonda (yılda 10 ve 1000 saat arasında) meydana gelmektedir.
  • [FONT:0)Zone 2 (Gas) / Bölge 22 (Dust): [Dönetici: 1) Bir patlayıcı atmosfer normal operasyonda meydana gelme olasılığı yüksektir ve eğer yılda 10 saatten fazla sürecektir.

Bir tesisin her alanı için belirli bölge veya bölüm derecelendirmesini anlamak, ağ tasarımında ilk adımdır, çünkü doğrudan ekipman ve yükleme yöntemlerinin izinsiz olduğunu diker.

Network Equipment için Anahtar Güvenliği Tahminleri

Tehlikeli alan sınıflandırması bilindiğinde, bir sonraki zorluk, ateşleme kaynağı olarak hareket etmeyecek ve ağ ekipmanlarını dağıtıyor.Birkaç tane yerleşik koruma tekniği var, her biri kendi avantajları, sınırlamaları ve maliyet sonuçları ile.

Intrinsic Safety (Ex i)

Intrinsic security birçok araçlama ve ağ uygulamaları için tercih edilen koruma tekniğidir, çünkü elektrik ve termal enerji belirli bir tehlikeli atmosferde sıkıştırılamaz. Bu, özellikle de güvenli bariyerler olmadan, alanın kullanımları ile elde edilir.). ancak, elektriksel ve ısıtıcılar veya galvanic isolators) alan kablolamada, mevcut ve depolama sistemleri kısıtlayıcı olarak güvenli bağlantıda tutmak için uzun süreli bakım ve ayarlamalar gerekir.Intrinsic security, özellikle de yüksek kablolamalar için yüksek çözünürlükte olan yüksek çözünürlükte.

Patlama-Proof Enclosures (Ex d)

Doğal olarak depolanan veya iç patlamaları, yangınları veya sıcak gazları terk eden ekipman için, deterjanları ve dikkatli bir şekilde tasarlanmış alev yolları ve herhangi bir kaçış gazları gider.

Artan Güvenlik (Ex e)

[FONT:0)İncreased Safety), aşırı sıcaklık, yay veya normal çalışma koşullarında meydana gelen kıvılcımlar veya taşıyıcılar için yaygın olarak kullanılan bir koruma tekniğidir.Bu teknik, 1. Bölge için maliyetle etkili bir çözüm olabilir, Ex e Storages, yüksek güç cihazların kullanımını ön güvenlik izinlerinden daha uzun süre boyunca tasarım herhangi bir sıcak noktaları veya arkeolojinin önbelleklimesini engelleyebilir.

(Ex n) ve Pressurization (Ex p)

[FONT:0]Non-incendive[Dönetici:2|Dönetici:0) Normal çalışma koşullarında patlayıcı bir atmosferin yetersiz kalması gibi tasarlanmıştır. Bu, düşük miktarda koruma seviyesi genellikle 2 veya Bölüm 2 konum için uygundur. ). [Ex n) Bu teknik genellikle büyük kabinler için kullanılır veya evler için koruyucu bir gazla (örneğin temiz hava veya azot gibi) için kullanılır.

Tehlikeli Bölgelerdeki Endüstriyel Ağlar için Güvenilir Stratejiler

Güvenlik ve güvenilirlik tehlikeli ortamlarda derinden bağlantılıdır. Bir ağ başarısızlığı kritik güvenlik izleme kaybına yol açabilir, acil kapatma dizilerini veya kontrol edilemeyen süreçleri uygulayabilme becerisine yol açabilir. Bu nedenle, güvenilirlik mühendisliği, başlangıçtan temel bir tasarım ayağı olarak tedavi edilmelidir.

Reddant Network Topologys

Ağın fiziksel ve mantıksal topolojisi, direnci üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir. Tehlikeli çevre ağları için en yaygın kullanılan topolojiler şunlardır:

  • [FONT:0) Hızlı Spanning Ağacı Protokolü (RSTP):) Bir yüzük, tek bir bağlantı veya geçiş başarısız olursa milisaniyeler içinde aktif olabilecek kırmızıdan uzak bir yol sunar. RSTP iyi düşünülemez ve yaygın olarak desteklenebilir, ancak kurtarma süreleri, iyi niyetli bir ringde umuduyla 10 ila 50 ms arasında değişebilir.
  • [FONT:0] Parallel Reddancy Protokolü (PRP) ve Yüksek Lisans (HSR):), Bu IEC 62439-3 uyumlu protokollerin iki bağımsız ağ üzerinden tekrarlanan sıfırdan kırmızıya erişim sağlar (PRP) veya bir ring topoloji (HSR).
  • [FONT:0)Media Reddancy:[Dönetici:[Dönetici:0) Ortamdaki yüksekolojiye ek olarak, çeşitli fiziksel medyayı kullanarak - fiber optik ve bakırın bir kombinasyonu gibi (nere izin verilen) - kablo hasarına karşı korumak, mekanik etki veya çevresel bozulma.

Industrial-Grade Donanım Seçimi

Ticari sınıf ağ ekipmanları nadiren tehlikeli ortamlar için uygundur. Endüstriyel sınıf anahtarlar, yönlendiriciler ve medya dönüştürücüleri özellikle buna dayanabilmek için tasarlanmıştır:

  • [FONT:0) Aşırı sıcaklık aralıkları: [Dönetici: [Dönetici: 40 °C veya daha geniş, 0°C ile 0.10C arasında 0°C aralığına kıyasla.
  • [FONT:0) Yüksek nem ve kondensasyon:) Conformal kaplamalar ve mühürlenmiş muhafazalar, negre ve korozyonu önler.
  • [FONT:0]Vibration ve şok:[Dönetici:[Dönetici:0) Robust montaj seçenekleri ve sağlam iç inşaat, makine zengin ortamlarda güvenilir bir operasyon sağlar.
  • [FONT:0]Voltage dalgalanmaları ve geçiciler: Wide-range DC güç girişleri ve yerleşik artış koruması, şebekenin endüstriyel ortamlarda yaygınlaşmasına yardımcı olur.

Donanım seçerken, mühendisler cihazın uygun şekilde tutulması gerektiğini doğrulamalıdır:0)Sabahlı alan sertifikasyonları [DFLT:1) (ATEX, IECEx veya UL/CSA) gibi, amaçlanan bir yerde, bir bölgede yüklemeye izin verilmez.

Cabling ve En İyi Uygulamaları

Fiziksel katman genellikle endüstriyel bir ağın en savunmasız parçasıdır. Tehlikeli ortamlarda, taksit kararları hem güvenlik hem de güvenilirlik sonuçları vardır:

  • [FONT:0]Fiber optik taksileme: Çünkü fiber elektrik akımından ziyade ışık kullanıyor ve uzun vadede tercih edilen orta ve en yüksek tehlike sınıflandırmaları ile tercih edilir. Optik fiber, kıvılcımlama riski taşır ve ağır makineden elektromanyetik müdahaleye bağışıklık sağlar, değişken frekans sürücüler ve yüksek gerilim hatları.
  • [FONT:0)Armored kablolar ve konduit: bakır taksilemenin kullanıldığı yerde (örneğin Ethernet cihazları üzerinde güç için), mekanik koruma ve kapsama sağlayan sert metal konduit veya zırhlı kablo montajlarında kurulmalıdır.
  • [FONT:0)Cable bezler ve mühürlemeler: Her kablo girişi noktası bir muhafazaya giriş noktası, muhafazanın koruma derecelendirmesini sağlayan sertifikalı bir kablo bezi kullanmalıdır. Sınıf I Bölüm 1 veya Bölge 1 yer, kontraksiyonlar kablo çekirdeği aracılığıyla 18 inç veya buharlar için gereklidir.

Çevresel İzleme ve Tahminsel Bakım

Güvenilirlik statik bir özellik değildir; bu sensörlerin tesisinin yaşam döngüsü boyunca aktif olarak yönetilmesi gerekir.Deploying environment servers that monitor temperature, nem, gaz konsantrasyonu ve ağın temel noktalarında ağdaki titreşimler başarısızlıktan önce tespit etmelerine olanak sağlar.[Döneticileri kontrol sistemi ile bütünleştirmeleri gerekir.0).Distributed Control System (DCS)[FLT 1:2 veya [[Döneticileri)[MİLMİŞKİNCİHAYLEMLER:2)[DÜye Olmayanlar için erken uyarıları ve öngörülebilirleri belirlemek ve öngörülebilirliği sağlarlar.

Tehlike Alanları için Ağ Mimarisi: Segmentasyon ve Güvenlik

Fiziksel güvenlik ve reddantme ek olarak, ağdaki mantıksal mimari hem güvenlik hem de operasyonel güvenilirlikte hayati bir rol oynar.]Üyetim:0) Ağ segmentasyonu) güvenlik duvarı kullanan, yönlendiriciler ve sanal LAN'lar (VLAN) genellikle ISA-95/IEC 62264 standartta bir başarısızlık veya siber saldırının kritik güvenlik sistemlerine yol açmadığı anlamına gelir.

Tehlikeli ortamlarda güvenlik, fiziksel güvenliği içerecek şekilde genişletilebilir. Sınıflandırılmış alanlarda ağ kabinlerine erişim kalifiye personelle sınırlandırılmalıdır ve tamper-evident mühürleri veya kilitler, koruma tekniğini tehlikeye atabilecek izinsiz değişiklikleri engelleyebilir (örneğin, patlamaya dayanıklı bir muhafaza örtüsü terk etmek).

Standartlar ve Düzenlemeler Tehlike Alan Ağı

Uluslararası tanınan standartlar ile uyum istenmiyor; yasal ve etik bir zorunluluktur. Aşağıdaki standartlar tehlikeli yerlerde güvenli ağ tasarımının arka kemiği oluşturur:

IEC 60079 Serisi

[FONT=0)IEC 60079[[Dönetici:0] serisi patlayıcı gaz atmosferleri için en kapsamlı uluslararası standart kaplama ekipmanıdır. ağla ilgili temel parçalar şunlardır:

  • [FONT:0)IEC 60079-0:[Dönetici] Tüm Ex ekipman için genel şartlar.
  • [FONT=0)IEC 60079-11: [Dinsic güvenlik (Ex i) gereksinimleri.
  • [FONT:0)IEC 60079-14: [Dönetici: Elektrik tesisatları tasarımı, seçimi ve tehlikeli alanlarda ereksiyon.
  • [FONT=0)IEC 60079-15: [Dönetici: 1 ) Bölge için koruma türü (daha önce) 2.
  • [FONT=0)IEC 60079-18:[Dönetici: {0}[Dönetici:0)

NFPA 70 (Ulusal Elektrik Kodu)

Amerika Birleşik Devletleri'nde, [[0)NFPA 70[DÜT:1) (Cinsel olarak NEC olarak anılır) tehlikeli yerlerdekiler dahil olmak üzere elektrik tesisatlarını yönetir. 516 kapak sınıflandırması, kablolama yöntemleri ve ekipman gereksinimleri. II. ve III. Yerler için. NEC üç yıllık bir döngüde güncellenir ve mühendisler uyum sağlamak için en son baskı ile birlikte kalmalıdır.

NFPA 70E ( İşyerinde Elektriksel Güvenlik)

Özellikle ağ tasarımı hakkında olmasa da, [[0)NFPA 70E) bakım ve komisyonlama personelinin, ark flaş güvenliği ve uygun kullanımları dahil olmak üzere tehlikeli alanlarda çalışırken takip etmesi gerekir (PPE).

ISA-62443 (IEC 62443) Serisi

[FONT:0]ISA/IEC 62443[Dönetici: 0] Standartlar endüstri otomasyon ve kontrol sistemleri için siber güvenlik adreslerini ele alır. Bu standartları tehlikeli alan ağlarına uygulamak, çünkü bir siber olay - bir ihlal veya manipüle edilen bir kontrol komutu gibi - ISA-62443'te tanımlanan fiziksel zararlara daha fazla güvenlik kaybına yol açan güvenlik sonuçları vardır.

ATEX and IECEx Sertifika Schemes

[FONT:0]ATEX[DÜT:1) (AB yönergeleri 2014/34/EU ve 1999/92/EC) ve )IECEx) (Uluslararası Elektroteknik Komisyonu Sistem, Explosive Atmospheres'te Kullanımı için Ekipmana İlişkin Ekipmanlar için Sertifikalandırmak için Sertifikalandırmak için) tehlikeli yerlerde kullanılan ekipman için iki önemli sertifika planıdır. ATEX, Avrupa Birliği'nde zorunlu iken, IECEx, küresel ticarete bağlı olarak kabul edilen bir sistemdir.

Gelişen Teknolojiler ve Gelecek Trendleri

Tehlikeli alan ağı alanı, kablosuz teknoloji, optik algılama ve Ethernet üzerinde güç tarafından geliştiriliyor (PoE).

Tehlike Bölgelerinde Kablosuz Ağlar

Kablosuz iletişim, düşük maliyetli maliyetler de dahil olmak üzere tehlikeli ortamlarda önemli avantajlar sunar, uzaktan veya dönen ekipmana erişme yeteneği ve daha kolay retrofitting.Ücret:0)ISA-100.11a) ve [[IEC 62591)[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD) ile yapılan kablosuz erişim noktaları ve alan cihazları, ilgili bölge veya bölüm için sertifikalı olmalıdır ve dikkatli anketler, uygun sinyal kapsamını müdahale etmeden sağlamak için gereklidir.

Tehlikeli Yer için Ethernet (PoE) üzerinde güç

Her iki veri ve gücü tek bir Ethernet kablosu üzerinde teslim etme yeteneği, PoEctor, video kameraları ve kablosuz erişim noktaları gibi cihazlar için çekici hale getirdi. Ancak, güç seviyeleri (PE++ ile 60W veya daha fazla) bu konuya yönelik sorunlar ortaya çıkıyor, ancak mühendisler tüm kabloların çalışmasını doğrulamalı -Pektörlü olarak gerekli olan çalışma alanlarının (önemli olarak muhafaza edilmesi için gerekli olan) Inkantansiyel devreleri kontrol etmek için gerekli olan bir çözüm sağlamalı.

Zaman-Sensitive Networking (TSN)

[FONT=0]Time-Sensitive Networking (TSN)), her bir PRP veya HSR kırmızısı ile birlikte, TSN tabanlı ağların standart Ethernet altyapısı üzerinde iletişim kurmasına olanak tanır.For tehlikeli ortamlar için, TSN hala işlem endüstrilerinde ilk aşamalarda trafik izlemesi gerekirken, PRP veya HSR kırmızısı ile birlikte, TSN tabanlı ağların zamankinden daha basit ve öngörülebilir bir şekilde daha basit bir şekilde doğru bir şekilde daha basit ve güvenilir bir şekilde daha doğru bir şekilde doğru bir şekilde doğru bir şekilde doğru bir şekilde doğru bir şekilde doğru bir şekilde doğrulanabilir.

Bir Tehlike Alanı Ağının Tasarımı ve Geçerlileştirilmesi için Pratik Adımlar

Aşağıdaki süreç, tehlikeli ortamlar için ağ tasarımı için yapılandırılmış bir yaklaşım sağlar:

  1. [FONT:0) Tehlikeli alan sınıflandırmasını açıklar[[Dönetici: 1) Ağ ekipmanının kurulacağı tüm fiziksel yerler için, Sınıf/Division veya Bölge sistemini uygulanabilir olarak kullanarak.
  2. [FONT:0) Gerekli koruma tekniklerini [DÜDÜT:1] Her bölge veya bölüm için (Ex i) alan aracı ve bölge 0/20 lokasyonları için çözümler seçin ve patlamaya dayanıklı (Ex d) veya artan güvenlik (Ex e) Bölgesi 1/21 alan için muhafazalar.For Zone 2/22, non-inceli (Ex n) ekipman genellikle kabul edilebilir.
  3. [FONT:0) Bir ağ topoloji[Dönetici:0]Choose a network topoloji[Dönetici seviyesi) için gerekli olan bir ağ değeri sağlar. Çoğu güvenlik-kritik uygulamalar için, RSTP veya PRP kullanarak çift değerli topoloji önerilir.
  4. [FONT=0) Sertifikalandırma (Dönetici)[Dönetici)[Döneticileri ve çevresel gereksinimleri ( sıcaklık aralığı, şok, vibrasyon, EMI) Sertifika işaretinin (ATEX, IECEx, UL veya CSA) belirli bölge veya bölünme için geçerli olduğunu gösterir.
  5. [FONT=0) Fiziksel tabakayı tasarlayın[[Döneticileri ve uzun sürenler için fiber optik kablolama ile yapılır ve sadece PoE'nin gerekli olduğu ve koruma tekniğinin sertifikalı kablo bezleri, yalıtım tesisatları ve konduit sistemleri nereye izin verdiği anlamına gelir.
  6. [FONT=0]Implement network segmentasyon[[Dönetici: 1 ) Farklı güvenlik-kırık trafik (Z, acil kapanma) non-kritik izleme ve iş sistemlerinden güvenlik-kırık trafik (Z, acil kapanma) ayırmak için.
  7. [FONT:0) Bakım ve yaşam döngüsü yönetimi için planlayın[Döneticileri ve kablo bezleri için düzenli denetim programları ve bilgisayar izleme programları, koruma tekniğini tehlikeye atmayan bir bilgisayar yenileme ve donanım yedekleri için bir strateji.
  8. [FONT=0] Tasarım[Döneticileri süreç güvenliği, elektrik mühendisliği, araçlama ve operasyonlardan içeren resmi bir inceleme sürecinden alan bir tasarım[Dönetici) incelenebilirlik (HAZOP) bir güvenlik aracının parçası olup olmadığını incelemek.
  9. [FONT:0)Perform testleri [Dönetici:0] Tüm ekipmanın doğru bir şekilde kurulduğunu, zemine ve mühürlendiğini doğrulamak için, zamanları ve acil kapanış entegrasyonlarını test edin.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Tehlikeli ortamlar için endüstriyel ağ tasarımı, güvenlik mühendisliği, güvenilirlik analizi ve uluslararası standartların temel prensiplerini uygulamak için disipline edilmiş, kontrol edilen enerji, hata toleransı, çevresel dayanıklılık ve uzun vadeli bakım sistemleri gerektiren bir yaklaşım gerektirir.Her iki durumda da yüksek güvenlik, sertifikalı ve sağlam donanıma sahip olmak için ağ mühendisi, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte kullanım için yüksek çözünürlükte standartların ötesine geçmelidir.

Daha fazla bilgi arayan mühendisler için aşağıdaki kaynaklar yazara rehberlik sağlar: ESRAT:0)IEC 60079 serisi), Uluslararası Elektroteknik Komisyonu'ndan mevcut; [[Üyetim:2.NFPA 70 (Ulusal Elektrik Kodu)[Döneticileri Ulusal Yangın Koruma Derneği'nden (DÜye Olmayanlar Birliği'nden) bir arama işlemine sahiptir; ve bu da Uluslararası Otomasyon Topluluğu'ndan uygun çözümler için gerekli olan çözümler için gerekli olan bir veri tabanıdır.