安全栅原理及使用介绍

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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。
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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 换成线性的4~20mA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。 安全栅可以通过PACTware™组 态软件编程的。
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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
HiC2821:单通道DI安全栅
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。线路故障检测 (LFD)可以通过开关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。
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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
在线故障监测
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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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,可以提供给 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。
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拨片开关设置 拨片开关位于安全 栅背面,安全栅输 出可以通过DIP开 关设置。
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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
在线故障监测
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HiC2031:AO安全栅
该安全栅应用在本安系 统中。它将控制系统的 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。
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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)
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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式。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。
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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。
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拨片开关设置 拨片开关位于安全栅背面,安全栅输出可以通过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)
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齐纳安全栅的特点
优点: 原理简单、电路实现容易,价格低廉,选型容易,不易损坏,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 信号精度也没有影响。 缺点: 由于其自身原理的缺陷使其应用中的可靠性受到很大影响,并限制了其应 用范围。 1.安装位置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 实际工程应用中难以保证。 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。
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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, 从而保证输出到危险区的 能量。
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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,从而达到了本安。
打开程序,右键HOST PC,点Add device;
弹窗选中P2P RS232FDT ,OK;
右键HOST PC的下一级,点Add device,弹窗里选中相应的安全栅型号,OK;
右键安全栅型号,点Connect
连接后,如果右边没有显示,双击安全栅型号,出现右边窗口
第一项安全栅信息(Information)
安全栅原理及使用介绍
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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±10%DC 环境温度0-50℃ 相对湿度5%~95%RH
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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。 安全栅可以利用PACTware软件 进行组态。 该模块安装在HIC终端板上。
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常用安全栅
对比齐纳式和隔离式安全栅的特点和性能后可以看出,
隔离式安全栅有着突出的优点和更为广泛用途,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
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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线和3线智能变送器和2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)
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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线和3线智能变送器,也可以
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热电阻有两线、三线、四线的接法。四川石化厂内使用 的多为三线制接法。
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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。
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拨片开关设置 拨片开关位于安全栅背面,安全栅输出可以通过DIP 开关设置为有源4~20mA信号、有源1~5V信号、无源 4~20mA信号。
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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。
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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方便,不需要另外24V电源供电, 特别适合配I/O卡直接供电的DCS系统。 安全栅的主要功能为限流限压,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。
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,可以使用8,9 端子或11,12端子的250Ω负载电阻。
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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。
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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。
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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 单元三部分组成。
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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。
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本安系统除了要选择合适的安全栅外,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。
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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,从而提高了整个系统的可靠性。 4.隔离式安全栅有较强的信号处理能力。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,可以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。
第二项,位号(Tag Number),位号描述;
第三项,输入信号,传感器类型,连接方式,单位;
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