По данному методу реализована защита вида 'i' (искробезопасная цепь). Данный метод подразумевает, что в случае возникновения искры ее мощности будет недостаточно для воспламенения взрывоопасной смеси. Однако данный метод не исключает контакта взрывоопасной смеси с электрическими цепями.
Благодаря своей универсальности, безопасности и простоте внедрения, вид защиты “искробезопасная цепь” (IS, intrinsically safe circuit) наиболее часто применяется при построении АСУ ТП, и поэтому далее речь пойдет в основном о нем.
90. Барьеры искробезопасности.
В минимальной конфигурации барьер имеет клеммные колодки, к которым подключаются две электрические цепи. Одна цепь образует так называемый искроопасный (незащищенный) сегмент, другая – искробезопасный (защищенный). К незащищенному сегменту относится электрическая линия, связывающая барьер с соответствующим входом или выходом модуля ввода/вывода. Искробезопасный сегмент проходит непосредственно через взрывоопасную зону и соединяет барьер с полевым устройством.
Какой принцип работы барьера? Экспериментально установлено, что для воспламенения взрывоопасной смеси ей нужно передать определенную энергию Qпред. Если энергия электрического тока меньше предельно допустимой Qпред, то гарантируется, что взрыва не произойдет даже при возникновении искры. На этом принципе и построена работа барьера искробезопасности. Естественно, энергию напрямую контролировать сложно, однако можно ограничить мощность электрического тока, протекающего по электрической цепи. Собственно в этом задача барьера и заключается – он осуществляет постоянный контроль и ограничивает мощность электрического тока, протекающего в защищенном сегменте цепи.
Барьеры различают по типу подсоединяемого к ним сигнала ввода/вывода. Тут прослеживается полная аналогия с модулями ввода/вывода. В примерах, приведенных выше, мы рассматривали измерительный преобразователь с выходом 4-20 мА; для его подключения к системе управления нам требуется барьер аналогового ввода AI в диапазоне 4-20 мА. Например, если требуется организовать дискретный вывод DO релейного типа, то и соответствующий барьер должен поддерживать дискретный вывод DO релейного типа. В общем смысле различают следующие типы барьеров: DI (дискретный ввод); DO (дискретный вывод); AI (аналоговый ввод) и AO (аналоговый вывод).
Барьеры также различаются канальностью, т.е. количеством сигнальных цепей, для которых барьер может реализовывать искрозащиту. Наиболее распространены одно- и двухканальные барьеры. Например, к двухканальному барьеру AI2 4-20 мА можно одновременно подключить два датчика с токовым выходом 4-20 мА.
91. Классификация взрывоопасных зон.
Зона 0 — зона, в которой взрывоопасная смесь воздуха и газа присутствует постоянно или в течение длительного промежутка времени;
Зона 1 — зона, в которой существует вероятность появления взрывоопасной смеси воздуха и газа при нормальной работе;
Зона 2 — зона, в которой образование взрывоопасной смеси воздуха и газа маловероятно, но если это происходит, то только на короткий промежуток времени.
Любые места, не подпадающие ни под одно из приведенных выше определений, считаются неопасной зоной.
Приведенная выше классификация применима для тех зон, где опасность взрыва возникает вследствие наличия горючих паров, газов или тумана. Во многих случаях опасность взрыва обусловлена наличием в атмосфере горючей пыли, которая вместе с воздухом образует взрывоопасную пылевоздушную смесь (мукомольный цех, например). Такие зоны классифицируются аналогичным образом:
Зона 20 — области, в которых потенциально взрывоопасная атмосфера, состоящая из пылевоздушных смесей, присутствует постоянно или в течение длительных периодов времени;
Зона 21 — области, в которых существует вероятность присутствия потенциально взрывоопасной атмосферы, состоящей из пылевоздушных смесей, в нормальных условиях эксплуатации, но атмосфера образуется только иногда и только на непродолжительные периоды времени;
Зона 22 — области, в которых при нормальных условиях работы маловероятно присутствие потенциально взрывоопасной атмосферы, образуемой пылевоздушными смесями, а если она образуется, очень редко и только на непродолжительный период времени.
В то же время устройства, применяемые во взрывоопасных зонах, подразделяются на несколько групп/категорий:
1. Группа 1:
- для подземных работ;
- в шахтах и для открытых горных работ;
- для наземной части шахтного оборудования;
2. Группа 2:
- устройства для использования в других областях.
92. Системы искробезопасного удаленного ввода/вывода IS Remote IO.
В предыдущей статье мы рассмотрели построение искробезопасного ввода/вывода с использованием барьеров. Однако зачастую такой линейный подход себя не оправдывает. Ситуацию прояснит следующий показательный пример: допустим, проектируется система управления с тысячью сигналами ввода/вывода (1000 EX IOs), для которых необходимо обеспечить искробезопасность. Давайте прикинем, какое оборудование для этого потребуется. Во-первых, нужно организовать саму подсистему ввода/вывода на 1000 каналов, но без этого никуда не денешься. Во-вторых, необходимо обеспечить искробезопасность полевых сигналов путем установки соответствующих барьеров. При средней цене одного барьера в 160 евро (это усредненная цена между барьерами для аналоговых и дискретных сигналов) их суммарная стоимость составит 160 евро x 1000 = 160 000 евро. Причем, эта цена не охватывает дополнительные источники питания, провода, клеммники и сопутствующую монтажную часть. С учетом всего перечисленного стоимость решения по обеспечению искрозащиты может возрасти до 180 000 – 190 000 евро. Сумма весьма внушительная и является поводом для размышления.
Можно выделить следующие аппаратные модули:
1. Взрывозащищенный блок питания (или резервированные блоки питания);
2. Искробезопасный интерфейсный модуль (или резервированная пара интерфейсных модулей);
3. Искробезопасные модули ввода/вывода;
4. Терминальные панели.
Преимущества применения системы IS RIO очевидны:
1. Сокращение кабельных трасс. В отличие от барьеров, узлы IS RIO могут устанавливаться рядом с датчиками и исполнительными механизмами, а оцифрованные сигналы ввода/вывода передаются на верхний уровень по двухпроводной цифровой шине.
2. Минимизация оборудования. Каждый модуль ввода/вывода системы IS RIO, по сути, выполняет две функции: непосредственный ввод/вывод полевых сигналов и обеспечение искрозащиты подключенных к нему полевых цепей.
Вместе с тем было бы несправедливо не упомянуть один существенный недостаток: требуются достаточно большой объем работ по конфигурированию сетевого интерфейса между контроллерами верхнего уровня и узлами IS RIO, зачастую являющимися по отношению к контроллеру устройствами стороннего производителя. В целом же практика показывает, что применение системы IS RIO оправдано при большой плотности искробезопасных сигналов ввода/вывода, когда их доля составляет не менее 30% от общего числа сигналов; в этом случае стоимость организации уровня ввода/вывода может быть уменьшена на 20-25% по сравнению с решением на основе классических барьеров.
1 У практиці проектування систем контролю та керування на схемах автоматизації замість «нейтрального» цифро-літерного чи цифрового позначення позицій пускових пристроїв часто застосовують літерно-цифрові, в яких букви є абревіатурою від назви пристроїв (див. рис. 5.3, 5.4), а цифри - порядковими номерами пристроїв серед їм подібних: магнітні пускачі - МП1, МП2, магнітні контактори - КМ1, КМ2, кнопки запобіжного відмикання пускових пристроїв - КВ1, КВ2 тощо.