本质安全——现场总线风格

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从软件寻址和段通信的角度来看，所有14个设备都在一个段上。然而，从电的角度来看，每个段被认为是独立的，由重复屏障提供的单个段功率。同样值得注意的是，一些现场总线技术允许每段最多有四个中继器屏障。

本质安全区域的设备和屏障的设计使得电气故障释放的能量不足以引起点火，即使在单故障或双故障条件下也是如此。着火点是可用电源电压和电流的函数。

每个屏障允许的分段电流、电压、屏障选择和设备取决于设备所在的危险环境类型，以及使用哪种本质安全模型。

两个模型

现场总线安装可以在实体模型和现场总线本质安全概念(FISCO)模型之间进行选择。

实体模型假设所有本质安全设备被批准为独立实体，包括连接线。这种保守的方法允许导线中的最大直流电流为83 mA，最大电流为18.4 V。

实体模型是世界公认的。

FISCO模型考虑沿其整个长度分布的电气布线参数，从而减少了故障时的可用能量，并允许在导线对上使用更多的设备。其结果是，在II类C环境中最大直流电流为110毫安，在II类B环境中最大直流电流为240毫安。

通过将6个温度测量连接到一个多路复用器并替换4线科里奥利计，可以简化先前的设计，并显着降低总体功率要求。

FISCO模型不是一个世界性的标准，但是它正在获得欧洲的认可，并且是基金会现场总线物理层概要规范的一部分。

本质安全屏障是根据其支持的模型进行认证的。现场设备可以被认证用于一种或两种型号。

点火曲线

每种爆炸性环境都需要最小的点火功率。提供能量的电压和电流点的图称为点火曲线。

因为功率是电压乘以电流，随着电压的增加，点火所需的最大电流减少。反之亦然。

在IIC类环境中使用FISCO模型，允许的最大电流消耗为所有设备连接到一个单一的屏障是110毫安。

设计安全段

因为每种设备类型可能有不同的电流消耗，所以将每种设备的单独电流消耗相加，并包括接线电阻损耗，以计算单个屏障可以支持的设备数量。

当采用FISCO模型时，只要总电流小于110 mA，则危险区域的线段本质安全。同样重要的是要考虑每个设备的电气参数，以确保每个设备都低于危险区域分类允许的数量。

参考“安全FISCO分段”图，下面举例说明用于确定此分段类型上允许的最大现场设备数量的计算。(注:本例中列出的电流消耗仅供说明，并不反映特定设备或设备类型的实际电流消耗。)

温度变送器实例计算:对于IIC类安装(最大110 mA)，如果每个温度变送器需要16 mA电流，则可以使用单个屏障放置在危险区域的最大温度变送器数量为6(110 / 16=6.8舍入到6)。

对于IIB类安装，最大允许电流为240 mA，因此单个屏障上的最大温度变送器数量为15个。

压力/温度补偿质量流量控制计算:在本例中，温度变送器使用16ma，压力变送器和压差(流量)变送器各使用20ma，控制阀使用25ma。所有四个设备都可以在IIC类(最大110 mA)危险环境(16+20+20+25=81)中连接到同一屏障。

安全与危险相结合

在某些情况下，可能需要在同一现场总线段上同时设置安全和危险区域。只要遵循一些简单的规则，这就不是问题。

在“单段安全危险区”图中，安全区域有n台设备，危险区有k台设备。

现场总线段允许的最大设备数为32，因此k+n必须小于或等于32。(如果良好的实践、经验和/或公司政策规定了一些其他限制作为最大值，即每个段16台设备，那么相应地调整k+n。)

此外，k必须等于在II类C环境中使用FISCO批准的安全屏障的总功耗为110 mA或更低(记住点火曲线)的设备总数。

如果危险区域需要更多的设备，请使用多个段，在一个段上使用多个屏障，或使用功耗较低的设备。

应用多重屏障

一些现场总线技术使用多点总线架构，因此允许在单个段上有多个屏障——每个都在单独的滴上。但是，如果在单个段上放置两个以上的屏障，则需要电隔离屏障以防止信号失真，并且最好使用中继器屏障来纠正信号的形状。

例如，一个过程需要六个温度测量，一个质量流量控制回路，一个液体流量控制回路和一个液位控制回路。如图所示，“单段，多障碍:一种方法”，该设计将每个过程测量放在单独的障碍上。虽然完全可以接受，但这不是很划算。

现场总线技术的优点之一是数字设备可以通信多个参数。

通过仔细考虑和选择本质安全的设备，可以简化前面的例子。(见“单段、多障碍:简单方法”图。)

最大电流输出

段的最大电流消耗部分取决于每个设备的物理层类型。现场总线基金会(Austin, TX www.fieldbus.org)根据设备是自供电还是外部供电，以及其电流消耗是恒定的还是可变的，将设备分为两种类型:

• 物理层器件类型111和112在发送和接收时具有恒定电流;和

• 物理层器件类型121和122具有不同的接收(下)和发送(上)电流。

基金会的注册设备列表(可在www.fieldbus.org找到)显示了每个设备的物理层类型。

整个分段的最大电流消耗等于分段上具有恒定电流消耗的所有设备的总电流消耗，加上具有最大增量发射电流消耗要求的设备的发射电流消耗。

除了已安装设备的电流消耗外，还可能对分段施加临时电流负荷。这些增加的负载可以包括总线分析仪或配置和维护工具的电流绘制。

这些附加设备通常提供自己的电源，但本质安全要求这些设备不向总线添加电源。为了确保没有添加电源，每个设备在通信时必须从该段至少吸取8ma。因此，提供额外的10ma可用电流来支持临时设备的连接是明智的。

其他的考虑

位于本质安全装置“安全区”的设备也受规章制度的约束。任何违反规章制度的行为都将影响安装的完整性。

例如，提供或采购超过250 V有效值的交流或直流电源的设备不能连接到安全段的任何部分。

另一个要记住的规则是，在“危险区域”的整个系统根据安装在危险区域的任何设备的最低认证类别和气体组进行认证。例如，如果网段认证必须满足IIC类，且已安装的设备为IIB类，则整个系统成为IIB类。

电源的类型和使用也是规章制度被误解的一个领域。例如，具有电流隔离和标称80毫安电流的电源可以直接连接到危险区域的设备。然而，提供标称400ma电流的电源需要电源和危险区域之间的固有屏障。

本质安全提供了最实用的方法，工作在现场仪器，而他们仍然供电，从而消除了需要热许可证和火灾观察员。然而，就像任何工程解决方案一样，本质安全设计和规范需要了解什么是允许的，什么是不允许的。

- - - - - -评论?电子邮件dharrold@reedbusiness.com

本文取材于艾默生过程管理公司的免费在线PlantWeb大学， MTL;和r·斯特尔．

选择就是选择

FISCO模型依赖于经验技术和系统组件的爆炸测试，而不是设计标准化点火曲线的系统。这意味着FISCO认证机构必须将线段长度限制在1000米，杂散长度限制在30米，并且所有有效组件(电缆、设备、终端等)必须与FISCO兼容。 另一种(正在申请专利的)本质安全(IS)设计已经获得了Factory Mutual (FM)的批准，并正在美国使用，由Hawke International USA (Houston, TX)提供。 霍克所做的是将典型的(110欧姆)is限流电阻有效地分成两部分。第一部分(22欧姆)安装在is接口背板上。剩余的电阻驻留在现场定位的器件耦合器中。 霍克的设计有助于克服欧姆定律的分段容量限制，减少了传统上在屏障处产生的电压降。Hawke设计的整体效果允许每个IS段350 mA，允许使用传统的IS现场总线设备，并且即使在氢气风险区域，也可以使用500米电缆驱动16个设备。 然而，也不全是好消息。Hawke设计的一个缺点是is屏障和设备耦合器之间的主段电缆仅适用于组CD区域。 大多数站点没有大量的Group AB区域，但是大多数(如果不是全部的话)仪器设备制造商生产的IS设备都符合通用的Group ABCD规范。这似乎是实用和合乎逻辑的，直到用户开始定价电机，照明灯具等与集团ABCD认证。这时用户倾向于仔细审查“需求”。 欲了解更多信息，请访问www.ehawke.com/fieldbus

一个终端用户问道。

最近一次关于应用本质安全(IS)与防爆设备的利弊的在线对话提到了能够在IS环境中工作的动力仪器的好处。 许多讨论表明，IS消除了在分类区域维修或连接新设备之前移除现场总线段电源的需要。 最后，有人指出，与“热作业”许可证相关的良好做法包括使用“嗅探器”仪器来确定是否存在爆炸性浓度，目的是宣布一个区域暂时安全，可以在通电(热)装置上工作。 这些讨论促使一位终端用户发表了深刻的回应。以下是该回应的部分内容。 “如果你让它变得万无一失，他们就会变成一个更好的傻瓜。”有时候，我觉得IS是一种试图消除风险的技术，而我们已经在风险管理方面做得很好。我很好奇，是否有人能举出在过去20年里，任何爆炸、火灾、死亡、环境泄漏或其他事故，都是由于在危险区域误用或不小心使用设备造成的。也就是说，由仪器或任何动力装置产生的火花在哪里引起了事故或事故? 我并不是说我们应该在危险场所使用适当的设备时松懈，也不是说我们应该随意对待当地的规范和标准。我的意思是，我们不应该为了解决一个根本不存在的问题而增加成本和复杂性。”最终用户/作者提出了一个有趣的问题，并且有一个有效的观点。 评论吗?电子邮件dharrold@reedbusiness.com

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