DCS仪表控制信号安全隔离栅ISO卡瞭解使用.docx
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DCS仪表控制信号安全隔离栅ISO卡瞭解使用
大專新進人員訓練工作報告
姓 名：
樓 康 標單位：
ABS廠擴建組
報告類別：
□輪班訓練 ■基層實務工作訓練第（6）次報告
訓練部門：
擴 建 組
起訖日期：
2007.7.1〜2007.8.30
工作專案：
ABS廠項目改善儀錶安裝、配接線、調試運行
報告專案：
DCS儀錶控制信號安全隔離柵（ISO卡）瞭解使用
評核（評語）
（４）經（副）理
（３）經理室
（２）廠（處）長
（１）課長
2007年7月1〜2007年8月30日，我負責了BP區和SAN區三個專案改善工程電儀配接線施工和現場儀錶和DCS之間信號發送、接收測試，儀錶動作是否和指令信號一致等調試：
1.7A2E4E011V-415油水分離器液位元傳送器增設工程
2.6A2E0E01SAN區反應器和脫烴器同時洗車改善儀錶安裝工程
3.6A2E2E01SAN區DMF脫除改善儀錶安裝工程
在這項工作中，現場儀錶和DCS的分介面—隔離柵（ISO卡），的型號的正確選擇，正確安裝、接線是最關鍵的部份。
趁此機會，我對DCS盤內的隔離柵做了詳細的學習瞭解。
一、隔離柵原理及類型：
把隔離柵按其功能細分，可以簡單的分成三部分:
隔離器、配電器、安全柵。
1.隔離器：
工業生產中為增加儀錶負載能力並保證連接同一信號的儀錶之間互不干擾，提高電氣安全性能。
需要將輸入的電壓、電流或頻率、電阻等信號進行採集、放大、運算、和進行抗干擾處理後，再輸出隔離的電流和電壓信號，安全的送給二次儀錶或PLC\DCS使用。
信號通過半導體器件調製變換，然後通過光感或磁感器件進行隔離轉換，然後再進行解調變換回成需要的信號，同時對隔離後信號的供電電源進行隔離處理。
保證變換前後的信號、電源、地之間絕對獨立。
2. 配電器：
工業現場許多儀錶採用兩線制傳輸方式，既要為變送器等一次儀錶提供24V配電電源，同時又要對輸入的電流信號進行採集、放大、運算、和進行抗干擾處理後，再輸出隔離的電流和電壓信號，供後面的二次儀錶或其他儀錶使用。
3.安全柵：
一些特殊的工業現場（如燃氣公司和化工廠）不但需要兩線制傳輸，既提供配電電源又有信號隔離功能，同時還需要具有安全火花防爆的性能，可靠地遏制電源功率、防止電源、信號及地之間的點火，限流、降壓雙重限制信號及電源回路，把進入危險場所的能量限制在安全定額範圍內。
其能量限
能回路依靠齊納管的限壓特性完成。
如圖1：
齊納管Z用於限制電壓，當回路電壓接近安全限壓值時，齊納管導通放電，使齊納管兩端電壓始終保持在安全限壓值以下。
電阻R用於限制電流，當電壓被限制後，選擇適當阻值的電阻，即可將回路電流限制在安全限流值以下。
保險絲F的作用是防止因齊納管被常時間流過的大電流燒斷而導致回路限制失敗。
當超過安全限壓值的電壓加在回路上時，齊納管Z導通。
如果沒有保險絲，流經齊納管的電流會無限上升，最終燒斷齊納管，使回路失去限壓，為確保回路限壓安全，保險絲選用高速熔斷型。
其熔斷速度比齊納管可能被燒斷的速度快10倍。
一種隔離柵產品，往往集成了以上的兩種或三種功能，以符合現場使用要求。
二、ABS廠使用之隔離柵介紹：
ABS廠DCS系統的隔離卡均採用德國PEPPERL+FUCHS（中文名稱：
倍加福）廠牌的產品。
經清點ABS廠電儀備品室庫存備品，統計ABS廠使用之隔離柵列表如下：
項次
型號
功能
1
KFA5-SR2-EX2.W
Isolatedswitchamplifier
2
KFD2-CD-EX1.32
Current/voltagerepeater
3
KFD2-CR-EX1.20200
Transmittersupplyisolator
4
KFD2-EB2.B
Powerfeedmodulewithbusterminals
5
KFD2-SD-EX1.48
Solenoiddriver
項次
型號
功能
6
KFD2-SL-EX1.48.90A
Solenoiddriver
7
KFD2-SL2-EX2
Solenoiddriver
8
KFD2-SOT2-EX1.LB
Isolatedswitchamplifier
9
KFD2-SR2-EX1.W
Isolatedswitchamplifier
10
KFD2-STC3-EX1
SMARTtransmitterpowersupply
11
KFD2-STC4-EX1
SMARTtransmitterpowersupply
12
KFD2-STC4-EX1.20
SMARTtransmitterpowersupply
13
KFD2-UFC-EX1
Frequencycurrentconverterwithtripvalue
14
KFD2-UFC-EX1.D
Frequencycurrentconverterwithtripvalue
15
KFD2-UT-EX1
TemperatureConverter
16
KFU8-UFC-EX1.D
Frequencycurrentconverterwithtripvalue
PEPPERL+FUCHS公司目前共生產4個系列的隔離柵產品，簡介如下：
1.K-系列（K-System）
K系列採用拆裝靈活的常用的軌道安裝模式，並有K系列專用的帶電源式軌道可供選用，方便工程施工和日常維護。
每種模組專為某一種功能製造，此系列型號多樣，包含各種形式、規格信號（電壓，電流，電阻、頻率等）的傳送、變換、接收等功能。
2.H-系列（H-System）
H系列則把各種本安型隔離柵安裝在在積體電路板上，適合於DCS系統和隔離柵總體調試驗收後，再拆散、搬運至現場重新安裝聯接的場合。
3.E-系列（E-System）
E系列隔離柵依照歐洲技術標準（尺寸為100毫米×160毫米）來製造其電路板，主要使用在歐洲。
4.WE-系列（WE-System）
WE系列專為NAMUR（本安的接近開關信號，導通和斷開電流很小滿足本安要求）信號設備提供驅動電源。
在以上4個系列的隔離柵產品中，K系列隔離柵產品型號功能齊全，為各種信號功能需求提供適合的產品，對周邊設備型號、廠牌、安裝等無特殊要求或限制。
因此在信號隔離處理領域，其應用範圍極為廣泛。
本廠DCS系統之信號隔離處理，使用的全部為K系列產品，以下就是我對K系列隔離柵整體概括認識，和對ABS廠內常用之型號產品的具體使用認識。
K系列隔離柵（ISO卡）整體認識：
1.雖然本廠使用的安全隔離柵都標示有“EX”“EEXia”字樣，但這並不是說這些隔離柵是防爆的，或是本質安全的，而是指它輸出或輸入的某一側的控制回路是本質安全的，並且需配合現場同樣防爆等級的儀錶安裝才合乎防爆安裝要求。
本廠使用的隔離柵，其現場側的接線回路為本安回路，因此可以說本廠使用的隔離柵最基本的功能就是安全柵。
根據實際應用，不同型號隔離柵又集成了隔離器和配電器的一種或兩種功能。
2.在安裝上K系列隔離柵必須安裝在非爆炸安全區域，並需注意防水、防潮、防塵，維持適宜的工作環境溫度-20～50℃。
3.K系列隔離柵允許最大2.5mm2線徑的接線，各接線端以數字標示明確，減少接線錯誤。
4.接線端子組多為插拔式設計，簡化了控制盤的線路配線結構，並使隔離柵的拆換可以在不停止電源運行的情況下進行。
隔離柵的安裝採用卡槽安裝，方便拆裝。
5.PEPPERL+FUCHS公司有專用的電源供應軌道（可內嵌安裝於DIN標準卡槽）和配套的電源供應模組，在安裝隔離柵到卡槽的同時，隔離柵已經接通電源，並可通過此卡槽可搜集此卡槽上安裝之隔離柵的運行狀態資訊，如出現故障狀態，電源供應模組就會接收到報警信號。
6.隔離柵的接線端子組配合不同的控制回路指定了不同顏色以示區分，藍色表示本安回路信號接線端子，綠色表示非本安信號回路接線和DC電源接線端子，黑色表示交流電源接線端子，灰色表示24VDC...230VAC通用接線端子。
7.部份隔離柵有電源指示燈，接線CHECK指示燈，輸出指示燈，方便監視瞭解設備和隔離柵的整體工作狀態。
K系列隔離柵的編號規則如下：
Position1
K=K-System
Position2
C=插拔式接線端子組設計,12.5mm卡片寬度
F=插拔式接線端子組設計,20mmor40mm卡片寬度
H=不可插拔式接線端子組設計,20mmor40mm卡片寬度
Position3
D=DCpowersupply
A=ACpowersupply
U=AC-/DCpowersupply
Position4
0=withoutpowersupply
2=24V
4=100V
5=115V
6=230V
8=20VDC...90VDC,48VAC...253VAC
Position5（K系列隔離柵總共有45種功能代碼以區分類別，以下僅擇ABS廠電儀備品室有備用之型號說明，）
三、K系列隔離柵（ISO卡）具體型號之功能介紹，使用實例：
1.CD=Repeater,active
廠內所用型號為KFD2-CD-EX1.32，提供電壓/電流和電流/電壓信號的互換，ABS廠使用功能為4～20mA信號輸入，輸出亦為4～20mA信號。
其作用為把ACS盤PLC的AI/O模組送出的4～20mA信號，經隔離轉換後仍以4～20mA信號送給現場儀錶，且輸出側為本安信號，集隔離器和安全柵的功能於一身。
此ISO卡提供給現場設備以4～20mA的驅動信號，常用場合有兩種：
a.為氣動控制閥的I/P定位器提供4～20mA電流信號；
b.在變頻器控制場合，提供4～20mA轉速設定值給變頻器，控制控制現場轉動設備轉速。
2.CR=Transmitterpowersupplydevice,currentoutput
廠內所用型號為KFD2-CR-EX1.20200，提供非智慧型兩線制現場儀錶的直流工作電源（DC13.6V以上，20mA時），並把現場測量值以4～20mA電流信號形式回傳，DCS再把此回傳的電流信號，轉化為實際值顯示於圖控。
此型號於DCS系統未有使用，DCS系統常用STC系列產品，STC系列使用於智慧型傳送器，支援對傳送器的線上檢測、修改參數等操作。
3.EB=Powersupplymodule
廠內所用型號為KFD2-EB2.B，PEPPERL+FUCHS公司為簡化K系列隔離柵的電源接線和及時瞭解ISO卡的錯誤資訊，設計了集DC24V電源供應和錯誤搜集匯流排於一身的ISO卡安裝軌道。
EB代碼的模組專為此安裝軌道提供電源供應，並收集軌道上安裝的ISO卡的錯誤資訊和發出報警信號。
此電源供應模組本身有兩個電源接入端，為保證電源軌道上安裝之模組電源供應的可靠，通常在軌道兩側分別安裝一電源供應模組。
4.SD=Solenoiddrivermodule
廠內常用型號為KFD2-SD-Ex1.48和KFD2-SD-Ex1.48.90A，無需為此ISO卡專門提供電源，它消耗信號回路能量，輸入側提供直流電壓進入，經過直流-直流變換器後，從輸出側輸出，輸出電壓約為輸入側的1.3倍，輸出側最高開路電壓限制為DC22.8V。
輸入側的電流視輸出側負載而定，KFD2-SD-Ex1.48的輸出最大電流為35.3mA，輸入最大電流為70mA；KFD2-SD-Ex1.48.90A的輸出最大電流為45mA，輸入最大電流為85mA。
這兩種卡片多用來給直流電磁閥、直流報警裝置、直流指示等提供直流電源使其激磁動作。
因為其輸入側接收的信號需同時提供電源，ABS廠DCS系統的AO（4～20mA）和DO（DC0～2V或3～35V）在不外加電源時，無法給予足夠大電流以使電磁閥激磁，故本型號未使用於ABS廠DCS系統。
5.SL=Solenoiddrivermodulewithlogicinput
廠內常用型號為KFD2-SL-Ex1.48.90A，和SD型不同，SL型在其輸入信號之外，需提供專門的DC24V電源以驅動輸出，採用邏輯信號輸入（高、低電平，5VDC～35VDC為邏輯1，0VDC～2.2VDC為邏輯邏輯0，和ABS廠DCS的DO信號一直）。
輸入端電壓和輸出端電壓的關係為：
輸出電壓=（輸入電壓-1V）x1.3，但輸出電壓限制最高為26VDC，輸出電流依負載浮動，但最高限制為45.3mA。
此型產品適用負載類型和SD型完全一樣。
6.SOT=Switchisolatorwithpassive,potentialfreetransistoroutput
廠內常用型號為KFD2-SOT2-EX1.LB，用於把現場儀錶的NAMUR型開關或乾接點頻率信號隔離後仍轉換成頻率（0～24V電平）信號。
此ISO卡本身自帶現場儀錶頻率接線的開路和短路狀態偵測功能，在開路和短路時，卡片上的異常紅燈亮。
此ISO卡有兩個輸出，一個直接轉換頻率輸入為頻率信號輸出，另一個則可選擇是輸出頻率信號或接線異常報警信號，可籍由ISO卡上的SWITCH2進行選擇。
此卡上還有SWITCH1和SWITHC3,SWITHC1選擇輸入信號是數位開關信號或為電平信號；SWITCH3則對不同之現場頻率偵測SENSOR構造，選擇是否需要偵測開路和短路的接線異常，因為偵測接線異常需要SENSOR內置相應的電氣線路配合。
7.SR=Isolatedswitchamplifierwithrelayoutput
廠內常用型號為KFD2-SR2-EX1.W，用於對現場的數位信號DI（高低電平或ON/OFF信號）隔離，以避免因現場到DCS線路過長導致的感應電壓過高、外界干擾，或外部接線短路等問題引起的誤差或影響DCS的穩定運行。
現場設備的開關狀態信號，經由此ISO卡隔離轉換為繼電器輔助乾接點的通斷狀態輸出，輸出繼電器通斷狀態切換頻率≤10Hz。
此ISO卡本身自帶現場設備接線的開路和短路狀態偵測功能，在開路和短路時，卡片上的異常紅燈亮。
此信號使用於DI信號的隔離，如ON/OFF閥的開定位、關定位和壓力開關、液位元開關等的高、低限信號隔離。
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