DCS仪表控制信号安全隔离栅(ISO卡)瞭解使用

2007年7月1〜2007年8月30日，我負責了BP區和SAN區三個專案改善工程電儀配接線施工和現場儀錶和DCS之間信號發送、接收測試，儀錶動作是否和指令信號一致等調試：

1.7A2E4E01 1V-415油水分離器液位元傳送器增設工程

2.6A2E0E01 SAN區反應器和脫烴器同時洗車改善儀錶安裝工程

3.6A2E2E01 SAN區DMF脫除改善儀錶安裝工程

在這項工作中，現場儀錶和DCS的分介面—隔離柵（ISO卡），的型號的正確選擇，正確安裝、接線是最關鍵的部份。趁此機會，我對DCS盤內的隔離柵做了詳細的學習瞭解。

一、隔離柵原理及類型：

把隔離柵按其功能細分，可以簡單的分成三部分:隔離器、配電器、安全柵。

1.隔離器：

工業生產中為增加儀錶負載能力並保證連接同一信號的儀錶之間互不干擾，提高電氣安全性能。需要將輸入的電壓、電流或頻率、電阻等信號進行採集、放大、運算、和進行抗干擾處理後，再輸出隔離的電流和電壓信號，安全的送給二次儀錶或PLC \DCS 使用。信號通過半導體器件調製變換，然後通過光感或磁感器件進行隔離轉換，然後再進行解調變換回成需要的信號，同時對隔離後信號的供電電源進行隔離處理。保證變換前後的信號、電源、地之間絕對獨立。

2. 配電器：

工業現場許多儀錶採用兩線制傳輸方式，既要為變送器等一次儀錶提供24V配電電源，同時又要對輸入的電流信號進行採集、放大、運算、和進行抗干擾處理後，再輸出隔離的電流和電壓信號，供後面的二次儀錶或其他儀錶使用。

3.安全柵：

一些特殊的工業現場（如燃氣公司和化工廠）不但需要兩線制傳輸，既提供配電電源又有信號隔離功能，同時還需要具有安全火花防爆的性能，可靠地遏制電源功率、防止電源、信號及地之間的點火，限流、降壓雙重限制

信號及電源回路，把進入危險場所的能量限制在安全定額範圍內。其能量限能回路依靠齊納管的限壓特性完成。如圖1：

齊納管Z 用於限制電壓，當回路電壓接近安全限壓值時，齊納管導通放電，使齊納管兩端電壓始終保持在安全限壓值以下。電阻R 用於限制電流，當電壓被限制後，選擇適當阻值的電阻，即可將回路電流限制在安全限流值以下。保險絲F 的作用是防止因齊納管被常時間流過的大電流燒斷而導致回路限制失敗。當超過安全限壓值的電壓加在回路上時，齊納管Z 導通。如果沒有保險絲，流經齊納管的電流會無限上升，最終燒斷齊納管，使回路失去限壓，為確保回路限壓安全，保險絲選用高速熔斷型。其熔斷速度比齊納管可能被燒斷的速度快10倍。

一種隔離柵產品，往往集成了以上的兩種或三種功能，以符合現場使用要求。

二、ABS 廠使用之隔離柵介紹：

ABS 廠DCS 系統的隔離卡均採用德國PEPPERL+FUCHS （中文名稱：倍加福）廠牌的產品。經清點ABS 廠電儀備品室庫存備品，統計ABS 廠使用之隔離柵列表如下： 項次

型號 功能 1

KFA5-SR2-EX2.W Isolated switch amplifier 2

KFD2-CD-EX1.32 Current/voltage repeater 3

KFD2-CR-EX1.20200 Transmitter supply isolator 4

KFD2-EB2.B Power feed module with bus terminals 5 KFD2-SD-EX1.48 Solenoid driver Z

图1电源输入

输出R F

項次型號功能

6 KFD2-SL-EX1.48.90A Solenoid driver

7 KFD2-SL2-EX2 Solenoid driver

8 KFD2-SOT2-EX1.LB Isolated switch amplifier

9 KFD2-SR2-EX1.W Isolated switch amplifier

10 KFD2-STC3-EX1 SMART transmitter power supply

11 KFD2-STC4-EX1 SMART transmitter power supply

12 KFD2-STC4-EX1.20 SMART transmitter power supply

13 KFD2-UFC-EX1 Frequency current converter with trip value

14 KFD2-UFC-EX1.D Frequency current converter with trip value

15 KFD2-UT-EX1 Temperature Converter

16 KFU8-UFC-EX1.D Frequency current converter with trip value

PEPPERL+FUCHS公司目前共生產4個系列的隔離柵產品，簡介如下：

1.K-系列（K-System）

K系列採用拆裝靈活的常用的軌道安裝模式，並有K系列專用的帶電源式軌道可供選用，方便工程施工和日常維護。每種模組專為某一種功能製造，此系列型號多樣，包含各種形式、規格信號（電壓，電流，電阻、頻率等）的傳送、變換、接收等功能。

2. H-系列（H-System）

H系列則把各種本安型隔離柵安裝在在積體電路板上，適合於DCS系統和隔離柵總體調試驗收後，再拆散、搬運至現場重新安裝聯接的場合。

3. E-系列（E-System）

E系列隔離柵依照歐洲技術標準（尺寸為100毫米×160毫米）來製造其電路板，主要使用在歐洲。

4.WE-系列（WE-System）

WE 系列專為NAMUR（本安的接近開關信號，導通和斷開電流很小滿足本安要求）信號設備提供驅動電源。

在以上4個系列的隔離柵產品中，K系列隔離柵產品型號功能齊全，為各種信號功能需求提供適合的產品，對周邊設備型號、廠牌、安裝等無特殊要求或限制。因此在信號隔離處理領域，其應用範圍極為廣泛。本廠DCS系統之信號隔離處理，使用的全部為K系列產品，以下就是我對K系列隔離柵整體概括認識，和對ABS廠內常用之型號產品的具體使用認識。

K系列隔離柵(ISO卡)整體認識：

1.雖然本廠使用的安全隔離柵都標示有“EX”“EEX ia”字樣，但這並不

是說這些隔離柵是防爆的，或是本質安全的，而是指它輸出或輸入的某

一側的控制回路是本質安全的，並且需配合現場同樣防爆等級的儀錶安

裝才合乎防爆安裝要求。本廠使用的隔離柵，其現場側的接線回路為本

安回路，因此可以說本廠使用的隔離柵最基本的功能就是安全柵。根據

實際應用，不同型號隔離柵又集成了隔離器和配電器的一種或兩種功

能。

2.在安裝上K系列隔離柵必須安裝在非爆炸安全區域，並需注意防水、防

潮、防塵，維持適宜的工作環境溫度-20〜50℃。

3.K系列隔離柵允許最大2.5mm2線徑的接線，各接線端以數字標示明確，減

少接線錯誤。

4.接線端子組多為插拔式設計，簡化了控制盤的線路配線結構，並使隔離

柵的拆換可以在不停止電源運行的情況下進行。隔離柵的安裝採用卡槽

安裝，方便拆裝。

5.PEPPERL +FUCHS公司有專用的電源供應軌道(可內嵌安裝於DIN標準卡槽)

和配套的電源供應模組，在安裝隔離柵到卡槽的同時，隔離柵已經接通

電源，並可通過此卡槽可搜集此卡槽上安裝之隔離柵的運行狀態資訊，

如出現故障狀態，電源供應模組就會接收到報警信號。

6.隔離柵的接線端子組配合不同的控制回路指定了不同顏色以示區分，藍

色表示本安回路信號接線端子，綠色表示非本安信號回路接線和DC 電

源接線端子，黑色表示交流電源接線端子，灰色表示24 V DC ... 230 V

AC 通用接線端子。