关于隔离安全栅

kulataxi · 发表于 2011-7-1 00:08

隔离安全栅作为工业现场与控制室仪表之间的隔离安全栅设备，是工业控制系统中重要的组成部分。它将来自危险区的电压、电流信号，经隔离变送输出单路或相互独立的双路电流或电压信号到安全区，也可通过配置的通讯接口在安全区进行串行通讯联网。分类：

　　1、开关量输入隔离安全栅
　　2、开关量输出隔离安全栅
　　3、热电偶输入隔离安全栅
　　4、热电阻输入隔离安全栅
　　5、热电偶输入信号隔离安全栅
　　6、热电偶输入信号隔离安全栅
　　7、热电阻输入隔离安全栅
　　8、热电偶输入隔离安全栅
　　9、开关量输出隔离安全栅
　　10、开关量输入隔离安全栅
隔离安全栅一般由输入信号处理单元、隔离单元、输出信号处理单元、电源等4部份构成。根据信号的流向在输入或输出单元增加本质安全设计，从而构成隔离安全栅。

特点
　1、供电电源、输入回路、输出回路之间完全电磁隔离。　　2、全模块化设计，小体积，低功耗。　　3、上电稳定时间3~5秒。　　4、无需零点和满度调校。　　5、薄型卡装式结构，耐燃性材质机壳，厚度小，可密集安装，组合、拆卸十分方便。　　6、拔插式接线端子，独立的电源接线端，可带点拔插。　　7、安装、接线、维护简便异性。
原理：　24VDC 电源经DC-AC-DC变换后，输出模块电路所需要的多种电压。　　检测端隔离式安全栅的原理是：模块电路将通过本安能量限制电路输入的电流或电压信号转变为0.2-1VDC后，送入模块内进行采集、放大、运算和进行抗干扰处理后，再经变压器调制成输出隔离的电流和电压信号，供后面的二次仪表或其它仪表使用。模块还需输出一个隔离的18.5∽28.5VDC电压，通过本安能量限制电路做为供给两线制变送器的工作电压。本安能量限制电路能限制大电流或高电压的危险信号窜入危险现场。　　操作端隔离式安全栅的原理是：将调节器或操作器输出的4-20mA DC信号隔离后再输出4-20mA DC 的信号，通过本安能量限制电路供给电气转换器或现场的电气阀门定位器使用。　　本安能量限制电路能限制大电流或高电压的危险信号窜入危险现场。
指标：输入信号：4～20mA，0-20mA ,0-5V，1-5V，0-10V　　输出信号：4～20mA，0-20mA ,0-5V，1-5V，0-10V供电：24VDC±10%　　精度：±0.2%　　功　　耗：<1.5W　　零点调整范围：-5～+5%　　满度调整范围：95～105%　　电源指示灯：工作时为绿色　　输出负载：350欧(电流型) 250欧(电压型)　　隔离强度：1500V·1分钟　　环境温度：-10—60℃　　环境湿度：0—90%RH　　响应时间：≤0.5S　　上电稳定时间：≤3S　　外形尺寸：25×67.5×80mm　　外壳材质：耐燃树脂　　重量：约150g　　安装方式：35mm DIN标准导轨　　本质安全特性：符合标准　　防爆标志：

几乎所有的安全栅都跟这里的说法类似！

kulataxi · 发表于 2011-7-1 00:11

safety barrier定义：接在本质全电路和非本质安全电路之间。将供给本质安全电路的电压或电流限制在一定安全范围内的装置。

安全栅安装于安全场所，接收来自危险区的信号，输出安全信号到安全区或危险区。

kulataxi · 发表于 2011-7-1 00:12

选用
安全栅是介于现场设备与控制室设备之间的一个限能电路，用来把控制室供给现场仪表的电能量限制在既不能产生足以引爆危险气体的火花，又不能产生足以引爆危险气体的仪表表面温度，从而消除了引爆源。在选择安全栅时必须考虑其型号与现场仪表类型相适应，还须考虑安全栅与本质安全仪表要求相兼容及形成的本安系统中阻抗匹配的问题。 P+F安全栅我国采用“回路认证”这种方式认证本安系统，即根据危险环境使用仪表的联合取证情况，选择已与其联合取证的安全栅，一经联合取证，现场仪表与安全栅便固定组合构成本安系统。实践中，这种方式对安全栅和现场仪表的选择有很大的局限性。目前广泛采用是进年来逐渐形成的一种本质安全认证技术，即“参量认证”。按照“参量认证”方式认证的本安设备和关联设备需要一组安全参数，包括：
　　Vmax― 在正常工作或故障条件下，能接受并能保持其本安性能的最高电压。
　　Imax ―在正常工作或故障条件下，能接受并保持其本安性能的最高电流。
　　Ci― 本安现场设备内部未被保护的电容。
　　Li―本安现场设备内部未被保护的电感。
　　Pmaxo ― 关联设备允许输入的最大功率。
　　“参量认证”关系式为：Vmax>Voc，Imax>Isc，Pmaxi>Pmaxo，Ci+Cc结合“参量认证”可知安全栅的选用：1）与安全栅相连的安全设备的工作电压不得超过安全栅的最高允许电压。否则，应采用光电隔离等技术使之与系统隔离开来，或者采用隔离安全栅；2）“参量认证”公式的Vmax，Imax，Pmaxi即为本安现场设备的正常参数，选用时应该逐一对比。3）“参量认证”公式中引入Cc，Lc这两个变量实际是引出了控制电缆的选用问题，从而限制了电缆长度。实际使用中还应考虑阻抗匹配问题。最后的公式中，Ra安全栅阻抗，Rl电缆阻抗，安全仪表的允许负载阻抗Ro，对于输出回路，作为安全仪表的调节器或I/O卡的输出通道等，它们的允许负载阻抗是制造厂商提供的。对于输入回路，作为安全仪表的显示仪表或I/O卡的输入通道等，它们的允许负载阻抗取决于其输出电压和现场仪表的无负载工作电压。无论输入还是输出回路，选用安全栅时其阻抗满足上式即可保证回路的正常工作。
　　按照“参量认证”的关系式选用的安全栅，理论上可以保证正常工作，实际使用时还必须注意以下问题：
　　1、所选用的齐纳安全栅应已经防爆检测机构防爆认证，并有防爆合格证书。
　　2、根据工作现场所属的危险区域 ( 0区、1区、2区)，气体级别和温度组别来选择齐纳安全栅的防爆等级 ( 安全栅防爆标志) ，使其符合上述的防爆环境，由安全栅来限制传输到现场的能量，确保现场安全。
　　3、根据现场使用仪表的工作电压和工作电流对地的极性，选择齐纳安全栅的极性 (正极性、负极性或交流极性）。
　　4、根据信号传输线路的数量，选择齐纳安全栅的通道数 (单通道、双通道、三通道 ) , 由安全栅的通道对传输线路进行保护。
　　5、根据二次仪表供电电压的大小，选择齐纳安全栅的工作电压，供电电压应小于或等于齐纳安全栅的工作电压。对于波动范围大的供电电压，则应当选择工作电压范围大的齐纳安全栅型号。根据现场仪表电压和电流的大小，选择齐纳安全栅的端电阻。在最大工作电流时安全栅的端电阻引起的压降应不影响现场仪表最低工作电压的要求，保证现场仪表能正常工作。
　　6、当供电电压为 DCS 系统中卡件直接供电时，请详细查阅DCS系统中的供电卡件资料。注意供电卡件中往往串接一只限流电阻，当使用齐纳安全栅时，此限流电阻应引以充分的重视。选用电阻限流式齐纳安全栅时应把串入的电阻去掉用熔丝或开关代替，选用电子限流式齐纳安全栅时，此电阻值不能大于180Ω，否则由于供电回路电阻太大，造成现场仪表供电电压太低而不能工作。有些DCS系统卡件供电电路中装有一个限流电路，当使用齐纳安全栅则不能选用有功耗的齐纳安全栅，一旦卡件供电电路限流值小于齐纳安全栅的工作电流时，则会造成齐纳安全栅无法工作。
　　7、本质安全防爆实质上是系统防爆，所以现场仪表和齐纳安全栅一起由防爆检测机构进行系统防爆取证，(术语：联合取证安全栅是本质安全防爆系统的一种关联设备，它的设计制造都严格按照国家有关法规和标准，并要经国家指定的防爆检测机构防爆鉴定取证后才能生产使用。)根据防爆检测机构给出的最大电缆参数值 Cc、Lc的大小，计算出电缆长度、型号、满足传送距离的要求。

kulataxi · 发表于 2011-7-1 00:13

使用的时候要注意以下几个方面：
　　第一，要注意线缆和现场设备的容抗和感抗，本安防爆是系统防爆，除了安全栅需要达到所需的防爆等级外，线缆和现场设备的蓄能也是一个关键问题。特别是在参量认证替代系统认证后，工程商尤其要注意这个问题。
　　第二，要注意本安接地，齐纳安全栅需要本安接地，接地电阻应小于1。
　　第三，本安线缆与非本安线缆应分开敷设在不同的线槽里。并应有明显标识。
　　第四，更换时应注意断电。

kulataxi · 发表于 2011-7-1 00:14

本安系统在国内越来越受人关注，作为其主要构成部件的安全栅也被人们所认识。那么，安全栅是靠什么来防爆的呢？控制能量，控制能量是安全栅防爆的法宝，不管是齐纳安全栅还是隔离式安全栅都是通过控制能量来达到防爆规定的要求的。齐纳安全栅，从名字上我们知道齐纳安全栅其主要构成元件是齐纳管，也叫稳压二极管。但齐纳二极管只能把电压值控制住，那么构成电能的第二要素的电流由什么元件控制呢？电阻，具备一定功率承受能力的电阻在这里充当了限流的作用，使安全栅输向危险区域的电流始终控制在一个允许的范围内，从而达到了本安。那么隔离安栅是靠什么来控制能量的呢？脉冲变压器是隔离安全栅隔离能量的主要部件有了它以后流向危险区的能量才会被控制住。

齐纳安全栅选型容易，不易损坏，对原系统结构要求改动的地方比较少，优点比较明显。齐纳安全栅的防爆原理是用齐纳二级管控制输出电压，用电阻限制输出电流，电路相对简单。在正常工作时，齐纳安全栅相当于两个电阻串入电路，因此对系统结构无须作改动。另外，齐纳安全栅由于无信号的转变，对原信号精度也没有影响。隔离安全栅是以高频作为基波，将信号进行调制解调，信号有了变动，精度会受到安全栅电路的影响。隔离安全栅由于具有高频震荡电路，将产生出射频干扰，对系统不利，而且隔离安全栅也比较容易损坏。但隔离安全栅不需要本安接地，这是它比齐纳安全栅优越的地方。
　　价格方面，齐纳安全栅要比隔离的便宜很多，这在需要使用很多安全栅的场合，齐纳安全栅的价格优势明显体现了出来。

kulataxi · 发表于 2011-7-1 00:16

1、安全栅应安装在安全场所，并且环境条件满足《安全栅选型样本》中的“使用条件”的要求。
　　2、隔离式安全栅本安端（蓝色端）和非本安端电路的连接导线在汇线槽中应分开铺设，各自采用独立的保护套管。本安侧的配线管道内不允许有其它电源线，包括其本安电路使用的电源线。
　　3、通往危险场所的导线应选用有蓝色标记的本安导线，导线的软铜面积必须大于0.5mm2，绝缘强度应大于500V。
　　4、在对隔离式安全栅进行通电调试前，必须注意隔离式安全栅的型号、接线方法、线路极性等是否符合设计及产品要求中的规定，否则可能对人身及设备造成伤害。
　　5、严禁用兆欧表测试隔离式安全栅端子之间的绝缘强度。如要检查系统的绝缘强度，应先断开全部隔离式安全栅的接线，否则可能引起安全栅内部电路损坏。
　　6、在现场对安全栅进行编程前，必须先将所有接线断开再接入编程器，然后通电编程，否则可能引起不良后果。
　　7、与隔离式安全栅相连接的现场仪表，均应采用通过经国家认定的有关防爆检验部门进行防爆试验、并取得防爆合格证的仪表。
　　8、在设计、安装、使用、维护隔离式安全栅时，应同时遵守使用手册中的说明及防爆标准要求。

kulataxi · 发表于 2011-7-1 00:19

--> 德国著名的仪表商P+F产品一图。

开创未来 · 发表于 2011-7-2 20:02

怎么都是楼主自己在回答啊

353208100 · 发表于 2011-7-2 20:48

谢谢楼主分享，学习学习

shuzuhao · 发表于 2011-7-2 21:33

学习中

谢谢楼主

实习小弟 · 发表于 2011-7-7 20:34

么文化真可怕，学习学习{:2_41:}

Albert · 发表于 2011-7-7 21:36

楼主还可以把防雷件的技术规格来出来，给大家普及普及

kulataxi · 发表于 2011-7-8 12:15

回复 12# Albert

钢制船舶结构上的设备一般不考虑防雷的。非金属的另当别论。

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