防爆、本安安全栅讲稿.ppt

1、传感器产品,包括：数千种传感器 各种继电器 数显仪表 压力开关 流量开关,总线产品,用于汽车制造 冶金 烟草 等行业,自动化产品,广泛用于 石油、化工 天然气 化肥 制药 焦化 涂料,图尔克 产品分类,图尔克公司分布,15个办事处：,北京 上海 广州 无锡 武汉 成都 济南 西安 重庆 福州 杭州 南京 合肥 沈阳 长春,中国总部：天津,全球总部：德国 Mlheim （鲁尔工业区） 在69个国家设有分公司或办事处,图尔克公司的服务,德国一流的设计、先进的生产工艺 国内成品库、完善的销售网络保证了产品的及时供应 产品一年内出现质量问题，免费更换 销售、技术人员24小时内响应用户售后服务,防爆知识

2、,随着石油及其衍生物的大量使用，世界各国兴建了众多炼油厂、化工厂 由于电火花或温升会导致该场所中危险物质的燃烧、爆炸，要求使用特殊的仪表： - 能直接安装危险区 - 能处理危险区的信号 - 不能点燃或引爆危险物质 早期仪表内部使用电子管，限能困难，故在危险区生产过程中多使用气动仪表进行控制 随着半导体元器件（晶体管、集成电路）的产生，仪表工作电压和功耗可有效的限制，电动仪表的使用开始普及，引入防爆理论,防爆知识,点火、爆炸发生的三要素,燃 料：易燃气体、挥发物及粉尘 引爆源：火花、电弧、设备或机械高温表面 氧化剂：空气（21%氧），纯氧，释放氧气的化 合物（例如锰酸钾）,点火源,氧气,燃料,爆

3、炸性物质的分类及分组体系,在我国，爆炸性物质可分为三类： 类：矿井甲烷 类：爆炸性气体混合物（含蒸气、薄雾） 类：爆炸性粉尘和纤维,少（易）,危险场所的划分（气体环境）,根据爆炸性混合物出现的频率和持续的时间，把危险气体场所划分为不同的区域： 0区：爆炸性混合物以气体、蒸气或薄雾形式连续出现或长时间存在的场所 ，1000小时以上 1区：在正常运行时，环境中可能出现气体、蒸气或薄雾形式的爆炸性混合物 ，是防爆电气设备的典型应用场所， 可持续2-1000小时 2区：在正常运行时，环境中不可能出现气体、蒸气或薄雾形式的爆炸性混合物 ，或偶尔发生并且短时间（不超过2个小时）存在，,温度等级,温度等级规

4、定了设备表面的最高允许值， 基于技术和经济上的考虑，防爆设备被分成不同的温度等级,难,危险场所中电气设备采取的防爆方法:,1. Terms and Definitions oil-inmersion (EN 50015) 充油型,mark: o parts of devices are completely in oil gas-mixture does not penetrate through the oil to ignition source application: Transformer No service during runnning special oil just sta

5、ndard mounting,正压型“p”,将可能产生火花的电气设备（如小型断路器或接触器）装于一外壳内，采取相应的措施使得其内部保持正压以防止可燃性气体进入壳体内，或利用保护气体（空气或惰性气体），在正常工作条件下将壳体内的可燃性气体或蒸汽稀释到气体爆炸极限以下 设计思想：消除外壳内部的任何爆炸性气体，保持其内部为一个安全区域，使得未经认证的电气设备几乎不受任何约束地在外壳内部使用，相对复杂（大型分析仪器） 在故障状态下，正压型电气设备要求能够自动切断电源 考虑因素：最小正压值、最小换气量,Terms and Definitions pressurised enclosure (EN 500

6、16) 正压型,mark: p safe air over pressure ventilation mixture can not penetrate, or is pulled out at once continous pressuremonitoring application: cabinets No service during operation expensive because of operation,Terms and Definitions sand-filling (EN 50017) 充沙型,mark: q sandlike filling material enc

7、losures ignition-source ok for high voltages application: power supply, capacities no service during operation,隔爆型“d”,将可能引燃周围爆炸性环境的部件和设备装入一个外壳内，其内部能够承受任何通过外壳接合面或结构间隙渗入的可燃性混合物的内部爆炸而不会损坏，并且也不会点燃外部的可燃性混合物 根据最大实验安全间隙，外壳可以分为A级、B级和C级 考虑因素： 表面温度、隔爆接合面长度和间隙,Terms and Definitions Flameproof enclosure (EN 500

8、18) 隔爆,mark: d Enclosure withstands explosion Heavy - Housings application: Transmitter, Motor no service during operation simple installation,增安防爆方法 e,1. Terms and Definitions Increased safety (EN 50019),mark: e Measure, which avoids the probability of sparking and higher temperature. application:

9、connections, solenoid valves normal operation - no ignition source no maintance during operation,Terms and Definitions Encapsulation (EN 50028) 浇封,mark: m ignition source in potting material, mixture can not have contact to ignition source no maintanance ever application with sensors, probes,本安方法 In

10、trinsic saftey(EN 50020),标识: i 在回路中减少能量, 以便防止火花点燃危险物 必须构成本安回路 Maintanance during operation!带电维护 The method at TURCK !,除本安方法外其他防爆方法用在危险0区都有可能发生爆炸,本安与隔爆仪表对比,本安仪表ia 对外壳要求不高 允许在线维护 适用于0、1、2区 适用于低功率仪表 密封与附件简单 价格较低 必须加安全栅,隔爆仪表 特殊外壳，结构结实，体积大 不允许带电维护 适用于1、2区 适用于高功率仪表 密封与附件复杂， 价格高 不需加安全栅,外壳保护等级（IP）代码 GB4208-

11、1993；等效采用IEC529,9k,2. Intrinsic Safety (什么是本质安全？）,如果电流和电压在临界值之下，那麽就不会产生火花。= 电流和电压必须 被限制 通过电阻限制电流 通过齐纳二级管 （Z-diode）限制,2.本安技术实现（Intrinsic Safety technical realisation）,什么是本安设备 （Intrinsic Safety apparatus）,电流和电压被限制 = 回路允许在危险区 电阻和齐纳二极管不允许在危险区,R,安全区,危险区,2.本安结论,本安回路将能量减少到安全水平 关联设备将安全区和危险区分开 本安设备直接工作在危险区,2

12、.本安回路的特点,因为能量被限制，本安回路可以带电被打开，维护或更换。 可从许多公司得到本安设备，并可互换 简化保养，安装和维护,本安电气设备分类EX ia、EX ib类,在设备正常工作或故障期间，不可能产生点燃危险场所中爆炸性气体的能量（火花、电弧或热能量） 工作原理是利用安全栅技术，将提供给现场仪表的电能量限制在不能产生足以引爆的电火花，本安方法可对现场仪表带电拆装、检查、维修。显然 ，本安方法 是最安全的防爆方法，因此，被用在最危险的场合。 按照本安电路使用场所和安全程度可分为ia、ib两个等级 ia级安全系数：当最多产生两次故障时，仍然可以保持安全性 0、1、2区 ib级安全系数：当最

13、多产生次故障时，仍然可以保持安全性 1、2区,按允许的故障次数 EEx ibEEx ia 允许一次故障:b 允许两次故障: a,ib,ia,本安标识,设备标志,用于防爆区的的设备必须具有明显的标志 本安设备应当具有如下标志： EEX ia II C T6,温度等级,C子组,除煤矿以外的所有区域 I：矿下,防爆分类,符合欧洲标准,关联设备应当具有下列标志,EEX ia IIC,方括号表示关联,无温度等级，因为安装在危险区之外,图尔克自动化产品认证,德国 PTB德国联邦物理技术研究院 欧盟 ATEX EX 中国 NEPSI,通过以下认证,S,FM,SA,FTZU,EX,其他国家,典型的本安回路-电

14、阻性回路,电路释放的能量来自电源电压V和由串联电阻R确定的电流限制值 根据实验表明，点燃危险气体的能量定义： Voc=V Isc=V/R,典型的本安回路-电感性回路,由直流电源V和电阻R、电感L可组成最简单的电感性回路 该回路闭合时，电感储存能量E=1/2L Isc2，一旦回路开路，能量就会以电弧的形式释放出来 控制该储能，即可实现本安回路,典型的本安回路-电容性回路,由直流电源V和电阻R、电容C可组成最简单的电容性回路 该回路开路时，电容被充电到V，一旦回路闭合，电容上积聚的能量E=1/2CV2就会在该闭合点以火花形式释放 控制该储能，即可实现本安回路,本质安全型设备的分类,简单仪表（不需认

15、证） 最大工作参数：1.2V; 0.1A; 20uJ; 25mW 例如：热电阻、热电偶、触点、LED等 本安仪表 根据最大点燃能量、表面温度划分 Ex ia C T4 关联仪表 电路中的某些部分是非本安的，例如安全栅 必须放置在安全区域 Ex ia C,本质安全系统,由现场本质安全设备、连接电缆和关联仪表构成的系统 本安系统各部分配置之间必须满足下列条件： 1、现场设备的防爆级别不能高于安全栅 2、关联仪表与本安仪表之间必须同时满足 UoUi; Io Ii; Po Pi 3、连接电缆的分布参数必须同时满足 Co Cc+Ci; Lo Lc +Li,DCS/ PLC,现场仪表,关联仪表,危险区,安

16、全区,电缆,安全栅,安全栅的基本形式,从功能角度分类： 开关/数字信号用隔离栅 模拟信号用隔离栅 带通讯功能（HART）隔离栅 温度变送器 适合现场总线的隔离栅 从结构形式分类： 齐纳式安全栅 隔离式安全栅,齐纳式安全栅工作原理简图,齐纳式安全栅的接地,其有效功能与对来自安全场所的故障能量的对地分流能力有关 如果齐纳栅不接地，当安全区内的故障导致一个对地的高电势落在齐纳栅上时，齐纳管只限制了齐纳栅两线之间的电压，无法限制任何一线对地的电势。一旦现场发生对地短路，立即产生危险的对地电流；相反，地电流只产生在安全区域内，确保了现场的安全。 齐纳栅所连接的地称为本安地，地电阻小于1 本安系统布线时必

17、须确保屏蔽层的单端接地，即屏蔽层必须与现场设备的金属外壳绝缘，防止在危险场所产生附加的危险储能,齐纳式安全栅特点：,元器件成本低，结构简单 灵活性较强 要求严格的等电势接地系统 由于输入/输出之间没有实现隔离，导致回流问题 限流电阻导致压降，在热电阻测量回路中引起误差 接线错误有可能造成产品彻底损坏,隔离式安全栅工作原理简图,隔离式安全栅特点：,不需要高要求、完善的本安接地系统 可配接现场接地的仪表 电源隔离解决了回流问题 可获得较高的精度 降低了安装费用，但元器件成本高,NAMUR开关,符合DIN19234标准，带有极性的双线开关；其内阻随着感应目标的远近发生变化 工作参数: Uo=8.2v

18、dc I动作1.2mA Rj=1000 I未动作2.1mA 同时，符合EN50227（NAMUR）标准 必须与开关放大器连接使用,工作原理,放大器检测在恒压下通过传感器电流值的变化，根据预设值产生动作信号 图尔克定义动作值：1.55mA 回滞值：0.2mA,输入回路线路故障检测,短路阈值,断路阈值,工作参数不同对开关距离的影响,U(VDC) Rj(k ) Isn(mA) i(mA) 5 0.39 0.7 0.1 12 1.8 2.3 0.3 15 2.2 2.9 0.4 24 3.9 3.8 0.5,开关生产厂家不同，对工作参数的定义有区别，注意在搭配使用时，对开关距离的影响,型号定义及典型应

19、用,传感器型号中带有Y1的产品 Y1适用于危险0区 典型应用：阀门回讯 转速监控检测探头 到位检测 型号举例：BI2-G12-Y1X,接口设备外观分类,卡状外形MC系列,片状外形MK系列,盒状外形MS系列,接口设备功能分类,开关量输入/输出 模拟量输入/输出 设定点监控器 电源 液位监控器,多种功能、几百种产品,IM产品功能 外壳统一 18mm或27mm宽104mm高 通用电源 20-250VUC，或20-250VAC/20-15VDC 可连到所有的工业电源网络及各个国家 用电电源 可插拔端子 便于安装和更换，端子带标识， 防止安装错误。 ATEX认证 所有的IM产品均有新规范94/9/EC,

20、开关放大器,IM12-22EX-R 两组NO输出 NC，NO可调 可调倍频,IM1-121EX-R 单通道 一组为短路断路报警,IM1-22EX-R 双通道 带短路断路报警,IM1-44EX-R 带短路断路监控， 每个带一个LM， 4个可调NO，NC 20-250VAC/20-125VDC,IM1-44EX-T 带短路断路监控， 每个带一个LM， 4个晶体管输出 20-250VAC/20-125VDC,IM1-451EX-R 5个NO继电器输出， 一个是短路断路公共 报警 20-250VAC/20-125VDC,IM1-451EX-T 5个晶体管输出 一个是短路断路公共 报警 20-250VA

21、C/20-125VDC,4通道开关放大器,*认证Pending ,暂不能供货,双通道隔离开关放大器,新型号：MK1-22P-EX0/24VDC MK1-22N-EX0/24VDC 可对每路输出选择NO，NC,原型号：MK1-22UP-EX0/24VDC MK1-22UN-EX0/24VDC 对两路输出同时选择NO，NC,停止供货,开关放大器,单通道 两个互补的、带短路保护的PNP或NPN晶体管输出,MK13-P-EX0/24VDC MK13-N-EX0/24VDC,原型号：MK13-VP-EX0/24VDC MK13-VN-EX0/24VDC,Fig. 1Analogue signal pro

22、cessing pulse-width modulation,模拟量隔离栅,原理,光电隔离,脉宽调制,当今模拟量信号被隔离和转换通常有3种方法：,1、电压-频率转换 2、变压器转换 3、脉宽调制,脉宽调制方法是最安全的转换方法， 具有最好的转换特性。 TURCK模拟量产品均采用PWM方法,模拟量输入隔离栅,IM31-11EX-I/24VDC IM31-12EX-I/24VDC IM31-22EX-I/24VDC,IM31-11-I/24VDC IM31-12-I/24VDC IM31-22-I/24VDC,此6种预计今年年底供货 ？,模拟量输入隔离栅,IM33-11EX-HI/24VDC,原型号：MK33-111EX0-HLI/24VDC,使用方法如下图,模拟量输入隔离栅,IM33-22EX-HI/24VDC,原型号：MK33-221EX0-HLI/24VDC,使用方法如下图,开关量输入隔离栅,将危险场所中的二进制开关量信号传送到安全区，可以与下列现场设备连接： 遵从 DIN19234标准的传感器 (NAMUR) 机械触点