完整版安全栅原理及使用介绍ppt

  ? 功能详述 ? 该安全栅应用于本安场合。 ? 在危险区域的设备供应 2 线 线智能变送器，也可以 采用 2 线制智能电流源。 ? 它将模拟输入信号传输到安全区，作为独立的电流值。 ? 数字信号可以叠加在危险区或安全区的输入信号，并 且是双向传输。 ? 如果回路中的 HART 通讯器电阻太低，能够正常的使用 8 ， 9 端子或 11 ， 12 端子的 250? 负载电阻。 31 P+F 安全栅组态 P+F 安全栅组态是使用 PactWare 软件，安装该软件的计 算机通过专用的 K-ADP-USB 电缆与安全栅的接口连接。 打开软件后，进入组态画面。 打开程序，右键 HOST PC ，点 Add device ； 安全栅原理及使用介绍 1 ? 安全栅（ safety barrier ） 安全栅又称安全限能器、安全保持器，是本安系统 中的重要组成部分。 安全栅是本安回路的安全接口，它能在安全区（非 本质安全）和危险区（本质安全）之间双向传递电 信号，并可限制因故障引起的安全区向危险区的能 量转递。 工作电源 24V ± 10ü 环境和温度 0-50 ℃ 相对湿度 5%~95%RH 2 安全栅简介 安全栅应用在本安防爆系统的设计中，它是安装于安全场所并含有 本安电路和非本安电路的装置，电路中通过限流和限压电路限制了送往 现场本安回路的能量，从而防止非本安电路的危险能量串入本安电路， 它在本安防爆系统中称为关联设备，是本安系统的重要组成部分。 由于安全栅被设计为介于现场设备与控制室设备之间的一个限制能 量的接口，因此无论控制室设备处于正常或故障状态，安全栅都能确保 通过它传送给现场设备的能量是本质安全的。 3 齐纳式安全栅 安全栅有齐纳式和隔离式。 齐纳式安全栅的核心元件 为齐纳二极管，限流电阻 及快速熔断丝。 电路中采用快速熔断器、 限流电阻或限压二极管以 对输入的电能量进行限制， 来保证输出到危险区的 能量。 4 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 要素的电流由电阻元件控制，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，进而达到了本安。 5 齐纳安全栅的特点 优点： 原理简单、电路实现容易，价格低，选型容易，不会非常容易损坏，对原系统结 构要求改动的地方比较少。 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 信号精度也没影响。 缺点： 由于其自身原理的缺陷使其应用中的可靠性受到特别大的影响，并限制了其应 用范围。 1 ．安装的地方必须有非常可靠的接地系统，并且该齐纳式安全栅的接地电阻 必须小于 1Ω ，否则便失去防爆安全保护性能，这样的要求是十分苛刻并在 实际工程应用中很难保证。 2 ．要求来自危险区的现场仪表必须是隔离型，否则通过齐纳式安全栅的接 地端子与大地相接后信号无法正确传送，并且由于信号接地，直接降低信 号抗干扰能力，影响系统稳定性。 3 ．齐纳式安全栅对电源影响较大，同时也易因电源的波动而造成齐纳式安 全栅的损坏。 6 隔离式安全栅 带有电流隔离功能的安全栅， 则被称为隔离式安全栅，简称 隔离栅。 7 隔离式安全栅组成 隔离栅通过变压器耦合及限压、限流电路对本安回路和 非本安回路之间进行隔离。 隔离栅通常由回路限能单元、电流隔离单元和信号处理 单元三部分所组成。 8 回路限能单元 中最核心的电路为安全栅基本限能电路。 此外， 辅助有用于驱动现场仪表的回路供电电路和用于 仪表信号采集的检测电路。 电流隔离单元 包括变压器隔离组件、模频转换和频模转 换电路。 信号处理单元 则根据各品种隔离栅的功能要求实施信号 处理。 9 隔离式安全栅特点 隔离式安全栅有许多保护功能电路，意外损坏的可能性较小， 允许现场仪表带电检修，这样可缩短工程开车准备时间和减 少停车时间。 回路供电隔离式安全栅既保持有源隔离式安全栅的优点，又 有齐纳式安全栅一样的接线V 电源供电， 很适合配 I/O 卡直接供电的 DCS 系统。 安全栅的基本功能为限流限压，保证现场仪表可得到的能量 在安全范围内。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，而且隔离安全栅也非常容易损坏。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。 10 优点： 1 ．输入、输出以及电源三方隔离方式，因此无需系统接地线 路，给设计及现场施工带来极大方便。 2 ．对危险区的仪表要求大幅度降低，现场无需采用隔离式 的仪表。 3 ．由于信号线路无需共地，使得检测和控制回路信号的稳 定性和抗干扰能力大大增强，来提升了总系统的可靠性。 4 ．隔离式安全栅有较强的信号解决能力。如开关量输入状 态控制、 mV 、 Pt100 变为 4 ～ 20mA 等等。这样给现场仪表和 控制管理系统的应用提供了更大的方便、合理和有效。 5 ．选用一进二出隔离式安全栅可输出两路相互隔离的信号， 当用户同时应用 DCS 和 ESD 时，能够给大家提供给使用同一信号源 的两台设备使用，有效地将两个系统隔离开来，避免系统之 间互相影响。同时提高所连接设备相互之间的电气安全绝缘 性能。 11 ? 本安系统除了要选择正真适合的安全栅外，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核心问题。特 别是在参量认证替代系统认证后，工程商尤其要注意 这样的一个问题。 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。 12 常用安全栅 ? 对比齐纳式和隔离式安全栅的特点和性能后能够准确的看出， 隔离式安全栅有着突出的优点和更广泛用途，虽然 其价格略高于齐纳式安全栅，但从设计、施工安装、 调试及维护成本来考虑，其综合成本可能反而低于齐 纳式安全栅。在要求比较高的工程现场几乎无一例外地 采用了隔离式安全栅作为主要本安防爆仪表，隔离式 安全栅已逐渐取代了齐纳式安全栅，在安全防爆领域 得到了日益广泛的应用。 ? 因此，四川石化选用的安全栅均为隔离式。 ? 主要的安全栅厂商为 p+f 和 MTL 13 ? P+F 公司有几个系列的隔离栅 ? 1. KF 系列隔离栅。 2. KS 系列远程 I/O 型隔离栅。它在隔离栅基础上又集成了远 程 I/O 的功能。多达 125 台隔离栅可通过一根通讯总线与 DCS 系统联接。其应用可为用户节省控制管理系统的总体投资。 3. E-Card 系列隔离栅。机柜整洁、美观、高雅。维护十分方 便。 深得欧洲用户喜爱。 4. HiD 系列隔离栅。其特点为完全的母板安装方法。现场侧 和系统侧的接线均在母板上完成，隔离栅上没有接线。维护 隔离栅时完全不触动任何接线端子。可采用 DCS 系统电缆与 隔离栅母板联接。 特别用于 DCS 和隔离栅总成调试验收后， 需要拆散、搬运至现场，再重新 安装联接的场合。 14 ? 四川石化主要使用了 HiD 和 KF 两个系列的产品 ? 1.HiD 系列 ? HiC2031 ? HiC2025 ? HiD2081 ? HiC2821 ：单通道 DI 安全栅 ? 2.KF 系列 ? KFD2-UT2-Ex1 ? KFD2-UT2-Ex2 ? KFD2-STC4-Ex1 ? KFD2-STC4-Ex1.20 15 该安全栅应用在本安系 统中。它将控制管理系统的 4~20mA 信号输出到位于 危险区域的阀门定位器。 危险区或安全区的数字 信号可以叠加在模拟信 号上，并可以双向传递。 一个开放的领域电路。 该模块安装在 HIC 终端 板上。 HiC2031 ： AO 安全栅 16 ? 拨片开关设置 ? 拨片开关位于安全栅背面， 用于设置 AO 回路的开路 电压（出厂设置为＜ 27V ） 17 HiC2025 ： AI 安全栅 ? 该安全栅应用在本安 系统中。 可作为危险 区的两线制变送器，也 可作为电流源。该安全 栅视为独立电流值将 AI 信号传输到安全区域。 支持双向通信，智能变 送器可以用电流传送数 据，用电压调制接收数 据。该装置安装在 HIC 终端板上。 18 ? 拨片开关设置 ? 拨片开关位于安全栅背面，安全栅输出能够最终靠 DIP 开关设置为有源 4~20mA 信号、有源 1~5V 信号、无源 4~20mA 信号。 （出厂设置为有源 4~20mA 信号） 19 HiD2081 ：单通道温 度安全栅 该安全栅应用在本安系统中。 可以将危险区的热电偶（ TC ）、 毫伏、电位计、热电阻（ RTD ） 信号转换为安全区的独立、线 性信号。如果现场电路故障， 安全栅会通过红色发光二极管 和故障总线提示。通过故障指 示板可以检测故障情况。 安全栅可通过 PACTware 软件 进行组态。 该模块安装在 HIC 终端板上。 20 热电阻有两线、三线、四线的接法。四川石化厂内使用 的多为三线 热电偶为了补偿冷端温度， 在安全栅底板的接线端子 上并入补偿电阻。 22 ? 拨片开关设置 ? 拨片开关位于安全栅背面，安全栅输出能够最终靠 DIP 开关设置为有源 4~20mA 信号、有源 1~5V 信号、无源 4~20mA 信号。 23 ? 该安全栅应用在本安系统中， 用于从危险区至安全区传输数 字信号（ Namur 传感器 / 机械 触点）。当输入信号改变状态 时，该模块的输出变化状态。 模式操作可以逆转开关 S1 对侧 的单位。一个额外的继电器用 于故障输出。线路故障检验测试 （ LFD ）能够最终靠开关 S2 被选 用或禁用。 ? 在故障时，继电器保持断电状 态， LED 指示故障。安全栅有 一个独立的输出总线。可以通 过故障指示板进行监控故障状 态。 ? 该模块安装在 HIC 端子板。 HiC2821 ：单通道 DI 安全栅 24 ? 拨片开关设置 ? 拨片开关位于安全 栅背面，安全栅输 出能够最终靠 DIP 开 关设置。 25 KFD2-UT2-Ex1 特性 ? 单通道隔离安全栅 ? 24 伏直流电源（电源轨） ? 输入值：热电偶，热电阻，或电压 ? 电流输出 4~20mA ? 有源和无源模式可选 ? PACTware 进行组态 ? 在线 功能详述 该安全栅应用于本安场合。目的 是连接位于危险区的 RTD 、热电 偶、或电位器等一次元件，并转 换成线mA 信号至安全 区。安全栅在输入，输出，和电 源之间提供了独立的 3 端子接口。 可拆卸端子块 k-cjc ** 可以提供 热电偶内部的冷端补偿。红色 LED 用于故障报警提示。使用电 源轨系统时，提供了集成的错误 信息功能。 安全栅能够最终靠 PACTware ? 组 态软件编程的。 27 KFD2-UT2-Ex2 特性 ? 双通道隔离安全栅 ? 24 伏直流电源（电源轨） ? 输入值：热电偶，热电阻，或电压 ? 可作为信号分离器（一入两出） ? 电流输出 4~20mA ? 有源和无源模式可选 ? PACTware 进行组态 ? 在线 ? 功能详述 使用方法与 KFD2- UT2-Ex1 型号基本一 致，但是多一个输出 端子，可输出两路相 互隔离的信号，当用 户同时应用 DCS 和 ESD 时，能够给大家提供给 使用同一信号源的两 台设备使用，有效地 将两个系统隔离开来， 避免系统之间互相影 响。 29 KFD2-STC4-Ex1 KFD2-STC4-Ex1.2O 特性 ? 单通道隔离栅 ? 24V DC 供电（电源轨） ? 输入可接 2 线 线 线智能电流源 ? 输出 4~20mA ? （ KFD2-STC4-Ex1 为单入单出 KFD2-STC4-Ex1.2O 一入两出） 30

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