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徐建平:Ethernet-APL控制系统防爆安全技
术综述

发布时间:2023-6-1     来源:中国仪器仪表行业协会

2.2.1 2-WISE系统的设备分组与配置模型

带供电电源(含通信功能)和不带供电电源(仅供通信)的2-WISE系统,可按并联式和串联式进一步分组,分别构建成4种2-WISE系统配置模型,并规定了相互间的连接关系与接口形式。

带供电电源的2-WISE系统(含通信功能)如图3所示。

图3 带供电电源的2-WISE系统(含通信功能)

图3中:2-WISE设备是构成带供电电源的2-WISE系统的所有设备的统称,包括带2-WISE供电电源端口的APL现场交换机(含本质安全关联电路端口)、带电源负载端口的APL现场设备(如压力变送器、流量变送器、温度传感器等),以及最多为2台的带辅助端口的APL辅助设备(2-WISE设备)。这里的辅助设备是指提供除通信以外功能的2-WISE设备,如终端网络或电涌保护器等。


不带供电电源的2-WISE系统(仅供通信)如图4所示。 


图4 不带供电电源的2-WISE系统(仅供通信)

图4中,2-WISE设备是构成不带供电电源的2-WISE系统(仅供通信)的所有设备的统称,包括带2-WISE仅供通信端口的APL现场交换机(含本质安全关联设备)和最多为2台的带仅供通信端口的APL辅助设备(2-WISE设备)。系统中配置了APL交换机的2个2-WISE仅供通信端口(即本质安全关联电路端口)。这是为了实现环形冗余连接,以提高通信可靠性。

需要补充说明的是,图3和图4 中带2个辅助端口的2-WISE设备所提供的2个端口在电气上是连通的,只是物理上为了便于连接而设置了2组端口。因此,其本质上是1个端口。

2.2.2 2-WISE系统连接设备技术要求

除后文规定的2-WISE本质安全参数限值和相关要求外,2-WISE系统配置的所有设备必须同时符合GB/T 3836.1和GB/T 3836.4规定的相关要求。

如因系统功能需要,在2-WISE供电电源端口、电源负载端口或仅供通信的端口配置终端网络(电阻-电容组合网络)时,在配置电阻最小值为90 Ω时的有效电容不得超过2.2 μF,或按GB/T 3836.4有关串联电阻保护时允许降低的有效电容要求选择其他的电阻-电容组合。实际应用中,电阻值一般在90~102 Ω,电容应在考虑允差后介于0~2.2 μF之间。其中,电阻应满足GB/T 3836.4中关于可靠元件的要求。

2-WISE系统中应接入内部等效电感和电容分别小于1 μH和1 nF的简单装置(即电气参数严格定义且符合使用电路本质安全性能的电气元件或结构简单的元件组合)。接入的所有简单装置的总内部电感和电容应在分别小于10 μH和5 nF时不会影响2-WISE系统的本质安全性能。

(1) 2-WISE供电电源端口。

2-WISE供电电源端口用于连接APL现场交换机带供电电源的输出端口(即本质安全关联电路端口)。因此,2-WISE供电电源端口的安全参数实际上就是APL现场交换机带供电电源的输出端口的本质安全输出参数。其输出特性可以是采用电阻限流的线性输出特性,也可以是采取其他限流方式(如晶体管限流等)的梯形或矩形输出特性。

在考虑直流供电电压和可能的通信电压情况下,供电电源端口的最大输出电压U0应大于等于14 V且小于17.5 V。对于具有线性输出特性的供电电源端口,最大输出电流Io应根据GB/T 3836.4标准规定的要求确定,但不应超过380 mA。对于具有矩形输出特性的供电电源端口,Io应满足最大输出电流要求。矩形输出特性电源端口允许的最大输出电流如表1所示。 

表1 矩形输出特性电源端口允许的最大输出电流

注:从IIB级的最上面2组数据可导出最大输出功率为5.32 W。

供电电源端口的最大输出功率Po不应超过5.32 W,且最大未保护的残余电容和电感应分别不大于5 nF和10 μH。

包括供电电源端口在内的所有与2-WISE系统连接的设备端口可以对地浮空或与地连接,但均应符合GB/T 3836.4的相关规定。系统配置时,应避免多点接地,或采取等电位接地系

统,以防止因地电位差而产生影响本质安全防爆的地电流。

(2)2-WISE电源负载端口和辅助设备端口。

与2-WISE系统连接的电源负载端口和辅助设备端口,无论其安装在危险场所还是安全场所,都应满足参数限值,并且符合GB/T 3836.4规定的相关要求。2-WISE电源负载端口和辅助设备端口本质安全参数限值如表2所示。表2中:Ui为最大输入电压;Ii为最大输入电流;Pi为最大输入功率;Ci为最大内部电容;Li为最大内部电感;Il为最大漏电流。

表2 2-WISE电源负载端口和辅助设备端口本质安全参数限值

注:上述限值适用于所有设备组别。

按照GB/T 3836.4的规定,在正常工作和故障条件下,电源负载端口和辅助设备端口应是无源的,即连接端子上除了具有不大于表2规定的漏电流外,不应施加任何能量到2-WISE系统中。

对于APL电源交换机本质安全输出端口不足以满足像执行器、电磁流量计等供电功率需求的现场设备,可配置其他形式的附加电源(如电池等)供电。此时,应对APL现场设备的端口电路采取可靠的电能量隔离措施(如采用光电隔离技术等),以确保这些设备附加供电电源的能量传送到2-WISE设备端口。相应地,这些具有额外供电的设备可能已无法整体满足本质安全要求,须进一步采取其他防爆技术措施,如隔爆、增安、浇封或无火花防爆技术等,以确保这些独立供电的APL现场设备的整体防爆性能稳定。

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