远程I/O及其本质安全防爆(转载) 点击：7786 | 回复：17
发表于：2003-08-05 16:15:00
楼主
一 本质安全防爆接口技术的新格局
为了适应工业过程自动化控制系统及仪表的发展，如今的本质安全防爆接口技术及其产品呈现出前所未有的多样性。归纳起来，可分为3类应用方案：
(1)从点对点接线到点对点接线(Point to Point)，即传统安全栅方案。这类本安防爆接口以隔离式和齐纳式安全栅为代表。应用特点是现场仪表以点对点的接线方式接至安全栅，安全栅再以点对点的接线方式接至控制系统(DCS/PLC)的I/O卡。这是传统的本安防爆接口技术。
(2)从总线到总线(Bus to Bus)，即现场总线方案。代表产品为现场总线本安中继器、安全网桥、本安配电链接模块和本安配电链接现场模盒等。应用特点是现场仪表以现场总线方式连接，经过上述产品，仍以现场总线方式接至控制系统的现场总线网卡。这是最新的本安防爆接口技术。
(3)从点对点接线到总线(Point to Bus)，即远程I/O方案。代表产品为远程I/O型的隔离栅和本安型的远程I/O。应用特点是现场仪表以点对点的接线方式接至远程I/O，而远程I/O则以总线方式接至控制系统的通信总线或现场总线网卡。显然，这是兼顾前两类应用方案的一种中间方案，也是本文将详细讨论的方案。
二 远程I/O型本安防爆接口技术的优势
采用远程I/O型本安接口技术的好处主要体现在以下几点。
1. 与传统安全栅方案相比
(1)由于减少了电缆和控制系统I/O卡的使用量，从而可节省系统的硬件成本；
(2)由于减少了电缆铺设和接线的工作量，从而可降低工程的施工费用；
(3)由于智能化程度大大提高，更方便用户的使用和维护。
2. 与现场总线方案相比
(1)可将传统模拟量信号挂接到现场总线上，这些模拟量信号如4~20mA信号(AI/AO)、热电偶和热电阻信号、NAMUR开关和干接点信号(DI)、 NAMUR或干接点频率量信号(PI)、电磁阀驱动信号及报警输出信号(DO)等，并不会很快被现场总线完全取代；
(2)可在一根总线上传递更多点位的测量和控制信息；
(3)更适应员工素质的逐步提高，既可使用传统的仪表检测工具对现场仪表进行维护和检修，又可使用PC机等智能工具学习现场总线仪表的维护和检修方法，为今后使用现场总线仪表做准备。
三 适用远程I/O方案的防爆场合
虽然包含本安防爆功能的远程I/O品种现在已经很多了，但是什么样的防爆场合适用远程I/O方案仍然是人们经常关心的话题。实践表明，在以下几种防爆场合，用户会考虑采用远程I/O方案以满足各自不同的要求：
(1)当同时建设几个比较分散的装置时，用户既不愿为每个装置都建设独立的主控室，又不愿将太多的钱花在电缆和桥架上。此时，如果这些装置本来就准备采用本安防爆，适当选用带有本安防爆功能的远程 I/O便可一举两得。
(2)当主要装置进行建设时，常有某些辅助装置的建设不能同步进行，或者主装置的某一部分不能同步进行，甚至不能确定这些部分何时才能建设。如果预留这部分的主控室空间或DCS容量，耗费又太大。此时，若这些辅助装置和不确定的部分需要本安防爆，则可采用远程I/O方案，只需预留DCS的串行通信口就可以了。
(3)当装置改扩建时，用户希望避免在已经拥挤的主控室扩充新的 DCS 机柜和安全栅机柜。此时，只要原有的DCS系统有备用的串行通信卡，或可以扩展一个通信卡，而且 DCS的控制器尚有足够容量，便可采用远程I/O方案。
(4)当一个装置的检测点很多，而控制点较少时，用户会感觉同时购置大量I/O卡和安全栅用于检测点不值得。此时，较合理的方案就是采用结合I/O卡和安全栅功能为一体的远程 I/O。
(5)当一个装置采用现场总线方案时，用户会发现有些现场仪表没有现场总线型品种，或者不值得采用现场总线型仪表。这时，可采用能挂接到现场总线上去的远程I/O。
四 应用远程I/O时的疑虑及其解答
当一个用户已经习惯了DCS I/O卡配合安全栅的传统方案时，他对远程I/O方案的应用免不了心存疑虑。然而，随着他对远程I/O的了解越来越多，他的疑虑就会越来越少。
1. 疑虑一，系统的可靠性
人们最常遇到的问题就是DCS的控制点I/O卡通常都采用冗余方案，那么远程I/O的 I/O模块可以冗余吗？如果不能冗余，岂不是会降低系统的可靠性？
要解答这个疑虑，必须再仔细分析I/O卡配合安全栅的应用方案。的确，对于控制点，DCS通常采用冗余的I/O卡。但是，应该注意到，安全栅是不冗余的。为了将安全栅故障的影响限制在最小范围内，通常都采用单通道隔离栅，并要求隔离栅可热插拔。所以，如果采用单通道、可热插拔的远程I/O型隔离栅，并采用冗余的网关和通信总线，则采用远程I/O方案时，系统的可靠性事实上并没有被降低。当然，如果采用多通道的远程I/O模块，由于I/O模块不冗余，系统的可靠性将受到影响。
2. 疑虑二，系统的运行速度
采用远程I/O，众多检测和控制信号通过一根总线与DCS双向通信，那么系统的运行速度是不是会因此而大幅降低呢？
首先，串行通信速度永远比不上并行通信速度，这是不争的事实。但是我们需要关心的应该是采用远程I/O方案后，系统的运行速度能否满足工艺的要求。或者说，更应该关心如何正确选用远程I/O，以满足工艺的要求。
其次，应该认识到，远程I/O的通信周期，通常只占系统运行周期的一小部分。同时，选用恰当的通信协议和波特率，往往可以将远程I/O的通信周期对系统运行速度的影响减小到最低程度。
其三，不是所有的装置都对运行速度敏感。即便是对那些对运行速度敏感的装置，通常也只有部分回路对运行速度的要求比较苛刻。选择方案时，应充分根据工艺的不同要求灵活处理。人们常常会忽视，在大部分装置中，将I/O卡配隔离栅方案和远程I/O方案组合应用，可以各取所长，珠联璧合。
3. 疑虑三，通信总线协议的选择
要应用远程I/O就得至少掌握一种通信协议，岂不是多添一份负担？况且通信协议的品种那么多，都各说各的好。到底选什么，难以把握。
通信总线协议的确各有千秋。但，也不是没有选择的方法。最简单而合理的原则，就是跟着DCS走。DCS供应商热衷什么协议，就考虑选用什么协议。第二个原则，是以我为主，即自己对什么协议熟悉，就采用什么协议。
P+F公司的远程I/O通常可以通过选择不同的网关来支持多种不同的通信协议。现简单介绍几种最常用的协议：
(1)Modbus-RTU。这是一个开放性和通用性 非常好的通信协议。长期以来，一直作为 DCS和PLC之间通信的标准协议，几乎所有的DCS和PLC都支持它。采用RS-485物理层，屏蔽双绞线电缆。通信距离200~1200m。波特率为9.6~38.4kb/s。其特点是简单、通用、普及和容易掌握，但通信速度比较有限。
(2)Profibus-DP。这是一种应用越来越广泛的开放性总线协议。长期作为西门子、和利时等公司DCS系统的内部总线协议，发展得非常完善。现在已成为众多DCS系统的标准远程通信协议。如ABB、福克斯波罗、横河、艾默生等公司的DCS，均支持这种通信协议。采用RS-485物理层、屏蔽双绞线电缆。通信距离200~1200m。波特率 为93.75kb/s至1.5Mb/s。特点是普及和通用性较好，通信速度足够快。
(3)Profibus-PA和Foundation Fieldbus。这是目前比较流行的两种现场总线协议。采用这种协议的远程I/O，主要是为了将传统的模拟量信号挂接到现场总线上。其物理层采用IEC61158-2标准，标准现场总线A型电缆， 通信距离200~1900m，波特率为31.25kb/s。
除此以外，还有ControlNet、Modbus Plus、EtherNet等，就普及和通用性而言，均不及上述介绍的几种协议。
4. 疑虑四，远程I/O的现场安装
DCS的I/O卡和隔离栅的机柜通常都安装在有空调的控制室内，环境优越。而远程I/O要安装在现场，人们难免会对现场的环境条件多一层顾虑。如远程I/O本身的防爆问题，现场的防水、防尘和防腐问题等。
这里所讨论的远程I/O都包含有安全栅的功能，所以对现场仪表而言，与采用普通安全栅时一样，都是本质安全防爆。对此不作详细解释。
至于远程I/O本身，常用的防爆方法有两种：一是无火花型防爆，Ex n，远程I/O可安装在危险区 Zone 2(Division 2)；二是本安防爆，Ex ib，远程I/O可安装在危险区Zone 1(Division 1)。两者无所谓孰优孰劣， 选用时完 全看现场危险区的划分。
安装远程I/O的现场机柜应满足防水、防尘和防腐的要求。比如，对于普通现场环境，应采用IP54至IP65防护等级的不锈钢密封机柜；对于强腐蚀性现场，可采用正压通风机柜；对于严寒或酷热环境，可采用伴热或冷却保温机柜。
从“以人为本”的理念出发，越来越多的工厂在装置附近设置现场工作小屋。此时，可将远程I/O安装在此工作小屋内。
5. 疑虑五，HART智能通信
如今，HART智能通信已经广为普及。于是，当人们讨论是否选用远程I/O的时候，自然就会问，使用远程I/O方案后，还能进行 HART通信吗？
事实上，有不少远程I/O支持HART智能通信。但它们中的大多数并不是通过与DCS连接的通信总线进行HART通信，而是通过集成在远程I/O中的HART多路扫描器，建
发表于：2003-01-11 11:02:00
1楼
ABB的S900、 Simens的 ET200is、 MTL的 MTL8000均属类似产品，ABB的S900在中国已有12套业绩。请访问www.abb.com
S900 I/O is an intrinsic safe I/O system that uses industry-standard field buses in communicating with parent controllers. S900 remote I/O systems can be installed near the sensors and actuators and, thus, considerably reduce your routing and wiring cost. In every S900 functional module the field signals are amplified, electrically isolated and then output via an internal serial bus.The S900 remote I/O system also permits installation in hazardous Zone 1 or Zone 2 areas.
The S900 Process I/O System provides all input and output modules required for intrinsically safe connection of the field signals.
In each S900 function module the field signals are amplified, electrically isolated and then output via an internal serial bus. A bus link module converts the digital signals to the standardized Profibus DP V1 fieldbus protocol. All open control systems, programmable logical controllers or SCADA systems use this intrinsically safe fieldbus for communication with the bus link module.
One and the same fieldbus network is used for configuration of the individual fieldbus nodes, for cyclic data exchange, for all acyclic services, and for communication with HART-compatible field devices.
The system can be installed and maintained easily, due to its quickly exchangeable function modules.
When installed in Zone 1, the function modules and the - optionally redundant - bus link modules can be replaced while the system is working, without affecting the communication of the modules remaining in the system. Only the power supply on the primary side of the plug-in power units must be realized with increased safety, to meet the power requirements. The integral, fully enclosed switch-off mechanisms permit to plug in or remove the power units under power.
With its compact, robust design and its excellent environmental capabilities the S900 Process I/O System is the favorite, cost-saving solution for direct on-site use in hazardous areas of Zone 1 or Zone 2.
发表于：2003-05-22 18:34:00
8楼
浅谈测温电缆FTLD、CTTC在电力工业消防系统中的应用
贾怀宇
(深圳南山科技园方大大厦1608室 P:C 518057 M:13609623270)
摘要：当前国内火灾探测技术滞后，无法有效避免火灾的发生。文中阐述了当前火灾探测系统存在的缺陷以及由测温电缆组成的新一代防火系统的优点。
关键词：火灾隐患；误报；漏报；测温电缆；精确探测；“防”“消”结合。
Abstract：nowadays the fire probing technology in our country is backward，so people can not avoid the happening of fires effectively。This paper expounds the disadvantages of present fire probing system and the advantages of the new generation which consists of continues thermocouple。
Key words：latent fire；misinformation；failure in report；continuous thermocouple；accurate detection；integration of prevention and protection。
电力工业是国民经济的基础，是促进经济发展、推进科技进步、提高人民物质文化生活水平的物质技术保障和国家现代化建设的重要标志。由于电力系统机构庞大，发电、输电、变电、配电、用电五个环节节节相扣、紧密相关，其技术密集，设备贵重，内在联系紧密，在电力生产过程中大量的使用和储存了多种可燃液体、气体、易燃粉尘、固体燃料和高温高压设备，其诸多的电气设备常伴有静电、火花、电弧和表面高温存在，高温管道、传输电缆密布于各个角落。因此，引发火灾发生的机率极高。事故出于麻痹，火灾起于隐患。安全生产是电力生产稳定、经济、高效运行的关键指标，为了保障电力系统的正常安全运行，消防环节首当其冲。针对突发事件，消防系统能否正常投入使用，实现抑制和扑灭早期火灾是非常重要的。近年来，电力系统电器、电缆火灾事故频频发生，常因一台设备故障或电缆延燃引发火灾而波及全厂乃至全网。追根溯源还是当前的火灾初期自动探测报警系统对隐患探测不够精确所至，系统漏报、误报频繁，特殊恶劣环境的火灾探测方案急待研究解决。
一．当前电力工业中消防报警系统的组成及系统缺陷
目前的消防报警系统由火灾探测系统和消防联动控制系统组成。其
主要目的是及早发现事故隐患，发出报警信号，以提示值班人员采取相
应的措施或启动联动控制系统以抑制火灾发生或扩大。然而由于传统的火灾探测系统智能化技术滞后，无法发现和分析初期的火灾事故隐患，难以实现其“预警”的作用，从而出现了因“防”与“消”不能完美结合而导致火灾事故频频发生。
1. 传统消防探测与灭火系统的组成
烟感探测器，温感探测器，烟温复合式探测器，可燃气体探测器，红外对射探测器，感温电缆，信号输入模块，手动报警按钮等组成。灭火系统主要由水喷雾灭火系统和气体灭火系统以及移动式灭火系统等组成。
1．1 烟感探测器：仅限用于一般的建筑物。由于烟感探测器要求燃烧形成的烟雾经过空气对流传输到探测器中，当烟雾浓度达到其报警设定值时才起动敏感元件发出报警信号，由主机进行反复的识别后再进行近一步的措施。根本起不到预报火警的作用，而且漏报、误报时常发生。
1．2温感探测器：由于目前的探测器采用模拟开关量式的定温型感温元件，故而无法显示和预告当前的温度值和温度上升的速率，68度以下的温度更无法探测，通常点式温感探测器仅限用于12m以下的一般建筑物中且容易受到现场不良环境的影响，缆式探测器常因现场恶劣的环境以及电磁、静电等种种干扰而漏报、误报。复合式探测器误、漏报率更高。
综上所述，传统的火灾探测器消而不防，安装繁琐，造价高昂，而且需要经常对探测器进清洁维护、保养，加之其极高的漏报、误报率，不但造成了公共资源的损失和浪费，而且使用户产生了“狼来了”的心理，从而严重影响了火灾自动报警系统的形象。
二．测温电缆简介
测温电缆FTLD、CTTC又称线型连续热电偶或寻热式热电偶，是近三十年来世界温度传感器技术发展取得的高、精、尖端技术成果，这两项专利产品具有独特的温度探测功能，完全不同于目前现有的其它温度传感器，它利用热电效应，能够连续自动产生与其长度所及范围内与之最高温度点温度相对应的毫伏信号，不仅能让用户测定温度异变的幅度和速率，而且能让他们确定温度异变的地点。由于它独特的本质安全型特性和精确无误报的优良品质，最初被发达国家作为高、精、尖端技术设备铺设在航空母舰和驱逐舰的舰舱以及军用飞机等准军事设备中。目前，在世界各发达国家已被广泛应用到各个领域，为人类预防、减少因“过热”引起的事故和损失，做出了巨大的贡献。
当环境温度为：-40℃—+68℃时，由FTLD和CTTC组成的早期火灾探测系统能够连续精确测量并显示探测区域的最高温度值，基于以预防为主的科学的智能化消防理念，在火灾尚未发生前即时进行精确的温度预报，进一步提高了火灾探测报警系统的可靠性，使用户的消防联动系统具有充分的时间采取相应的措施，避免火灾的发生。由于火灾事故大部分是因温度过高而引起的，而现有的火灾探测器仅能对已经发生的火灾进行探测、报警，难解燃眉之急。明火源于隐患，防范胜于救灾。
1．1工作原理
测温电缆与普通热电偶不同，其不同之处在于它的热接点不固定，始终与线缆上的最高温度点相对应，当FTLD和CTTC线缆上任何一点（T1）的温度高于其它部分的温度时，该处的热电偶导线之间的绝缘电阻（R）降低 ，导致出现“临时”热电偶接头，其作用与常规单接点热电偶接头相同，当线缆上另外一点（T2）的温度高于（T1）点时，该处的热电偶导线之间的绝缘电阻会变的低于T1点的电阻，导致出现新的“临时”热电偶接头。（见工作原理图）
1．2技术参数
外层护套：双层PTFE（有效避免因探测范围内的环境恶劣而引起的误报，如粉尘和油脂以及水份等介质的浸入）
测量元件：隔离K型热电偶
工作温度：FTLD（-40℃——200℃）、CTTC（-40℃——899℃）
输出信号：与线缆最高温度点实际温度相对应的直流毫伏信号
线缆结构：双绞线、金属管、外层护套、NTC绝缘、EMI屏蔽（有效抑制各种干扰、避免漏报误报）
绝缘保护：使用注入特殊材料的玻璃纤维
最小长度：FTLD15m、CTTC 3m
外径尺寸：FTLD3.5mm、 CTTC93mm-187mm（体积小，可以安装在传统探
头无法铺设到的恶劣环境中）
1．3系统特点：稳定可靠/防湿防潮/本质安全型/无需外加电源/完全无误报/环境温度自动补偿/异常温度预报/ROC异常温度报警/报警温度点不受寒冷气温影响/系统设备简单/适合危险区域/用户可自行设定报警点/无需现场标定/大面积使用有良好的性能价格比。
三．测温电缆FTLD、CTTC在电缆夹层中的应用
“安全生产、预防为主”。电缆夹层是发电厂、变电站电缆最密集的地方之一，一旦发生火灾，后果则不堪设想。在诸多的电厂火灾案例中，
由于输电电缆老化、过载而导致的发热、过热以至延燃而引起的恶性火
灾事故层出不穷，屡见不鲜。因此，电缆夹层是发电厂、变电站着重进行火灾预防的重点部位之一。由此，我们本着以预防为主的消防理念，
依据测温电缆精确无比的特性，结合当前日渐成熟的消防意识和现场实际施工经验，提出以下的防火设计:
测温电缆FTLD和CTTC作为线型连续寻热式热电偶，它的概念是指探测器本身具有连续探测并预告和显示被测区域发热值、过热状况的能力。通过精确测量温度上升的幅度和速率，采用智能化的火灾测算法科学的处理探测器提供的早期火灾信号。由于其体积小、重量轻、柔韧性好、施工方便，尤其适用于受现场环境限制或现场环境比较恶劣的地方。（如：辐射、粉尘、潮湿、气流、静电、电磁场、电瞬变、等）
将测温电缆FTLD、CTTC用导热胶或束线带以正旋波方式横向固定铺设在电缆夹层、隧道、竖井、桥架中，以每15m——500m作为一个防区段或报警单元。为了节约国家和企业有限的资金，尽可能的避免没有必要的浪费，根据测温电缆K型热电偶的特性，我们采用K型热电偶专用
的价廉物美的温度补偿导线与测温电缆的任意一端对接，然后连接到温
度控制器和消防联动系统中，以尽善尽美的实现“防”“消”结合。
测温电缆还可以应用到多种领域中：如，通信机房、计算机房、电视台、电缆通道、控制机房（柜）、发电厂、变电站等重要区域的温度测
量与监控。货仓、粮库、冷库、商场、食品厂、制药厂、酒厂、饮料厂
等大面积大范围的温度测量与监控。地铁、隧道、铁路、机场、船舱等
交通运输领域的温度测量与监控。油罐、气罐、煤仓、军工厂，弹药库，危险品仓库等危险区域的温度的监控。
深圳电利通科技有限公司 邮政编码 ： 518057
联系人：贾怀宇 手机：13609623270
发表于：2004-07-29 15:08:00
13楼
防爆型远程I/O的最关键应该考虑的是满足防爆现场的使用及维护，首先不应该划分本安及非本安，试想现场仪表会全是本安型吗？如果仅为本安型的I/O，隔爆的现场仪表如何与远程I/O连接？现场的较大功率电磁阀必须为隔爆型。因此，应该允许本安及隔爆型混合安装并无特别要求，应该允许220VAC电源直接接入1区，并能现场带电插拔。
防爆型远程I/O的目标应该是：在安全区怎样使用，在危险区也这样使用！
如有兴趣可参阅CEAG公司的远程I/O产品，或许有收获。www.ceagah.de
CEAG的远程I/O在上海化工区装置中的成功应用，确定了其产品在该领域的领先地位。因为全球最大的防爆专业公司CEAG懂得如何现场防爆。
发表于：2006-09-08 14:49:00
16楼
德国STAHL公司是专业的防爆电器生产商，该公司也有远程I/O产品Remote I/O I.S.1 System .详细地介绍可看www.stahl-corp.com
The I.S. 1 system provides a modern, cost-effective and
flexible remote I/O system with intrinsically safe inputs
and outputs, suitable for direct installation in hazardous
areas. The uniform system concept permits installation
in Zone 1, in Zone 2 / Division 2 and in safe area. Inputs
and outputs are optimized for the sensors and actuators
used in process technology.
The integration of different fieldbuses permits digital
communication with many automation systems (PLC,
PCS, PC).
I.S. 1 consists of three components:
BusRail for the internal bus and for the power supply of
the I/O modules (PowerBus)
CPU & Power Module for fieldbus communication and
power supply
I/O modules for the inputs and outputs of the process
signals
An extensive range of field enclosures permits adaptation
to the mechanical requirements of an application.The I/O modules have 4, 8 or 16 channels and can be
plugged into any position on the BusRail.
A BusRail can be mechanically distributed over several
rail segments. Individual segments are connected by cable.
The number of I/O signals per field station can be
limited by the fieldbus used.
The I.S. 1 system provides a modern, cost-effective and
flexible remote I/O system with intrinsically safe inputs
and outputs, suitable for direct installation in hazardous
areas. The uniform system concept permits installation
in Zone 1, in Zone 2 / Division 2 and in safe area. Inputs
and outputs are optimized for the sensors and actuators
used in process technology.
The integration of different fieldbuses permits digital
communication with many automation systems (PLC,
PCS, PC).
I.S. 1 consists of three components:
BusRail for the internal bus and for the power supply of
the I/O modules (PowerBus)
CPU & Power Module for fieldbus communication and
power supply
I/O modules for the inputs and outputs of the process
signals
An extensive range of field enclosures permits adaptation
to the mechanical requirements of an application.The I/O modules have 4, 8 or 16 channels and can be
plugged into any position on the BusRail.
A BusRail can be mechanically distributed over several
rail segments. Individual segments are connected by cable.
The number of I/O signals per field station can be
limited by the fieldbus used.
热门招聘
相关主题
- 求助：三相不平衡负载下电流计...
[8196] - 计算机控制系统的防雷、接地、...[7202]
- 哪位大侠赐教相序继电器的文...[1683]
- 欧盟扶梯标准更新EN115-1:20...[2301]
- 新领域合作[1497]
- 吹塑机误动作[3716]
- 斗轮堆取料机选用原则[1734]
- 元旦寄语[3776]
- 求助：集电极开路输出，RS422输...[1758]
- 起重机电气协会,期待你的加入...[3689]
官方公众号
智造工程师
-
客服
-
小程序
-
公众号
工控网智造工程师好文精选
