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西門子SIMATIC系統在安全防爆場所的幾種應用解決方案
信息來源： 發布時間：2012-01-13 08:35:02 點擊次數：0
由于近年西門子全集成自動化（TIA）理念在西門子系統中的推廣和應用，西門子SIMATIC系統尤其PCS 7系統中增添了許多可供用戶選擇的豐富的安全防爆系統解決方案，大大加強了其在安全防爆領域的應用能力。而且由于本質安全型現場總線PROFIBUS-PA的推廣應用，日臻成熟，為解決傳統的安全防爆系統設計提供了更靈活、可靠的解決方案。本文主要介紹以西門子SIMATIC系統為核心構架完成一個安全防爆系統的幾種典型解決方案。
(1)從點對點接線到點對點接線(Point to Point)解決方案
即傳統DCS/PLC+安全柵方案，見圖1所示。這類本安防爆接口以隔離式和齊納式安全柵為代表。應用特點是本安防爆現場儀表以點對點的接線方式通過電纜接至安全區控制柜內的安全柵，安全柵再以點對點的接線方式接至控制系統(DCS／PLC)的通用I/O卡。這是傳統的本安防爆接口技術。
(2)本安防爆I/O卡板解決方案
本安防爆I/O卡板解決方案是在DCS／PLC的通用I/O卡板基礎上增加本安電路，使之成為本安防爆卡板，可直接與現場兩線制本安儀表相連接，省卻安全柵環節，構成本安防爆控制系統，見圖2所示。其本質與DCS/PLC+安全柵方案相同，但是減少了安全柵環節，節省了線路連接點，因此能夠降低系統的故障點。而且這類本安模塊如SIMATIC S7-300系列的本安防爆式Ex I/O卡板SM322，SM321，SM331，SM332等，其防爆等級為Ex-ibIIC，可以掛接Ex.Zone1區內的本安儀表。由于本安防爆卡板使用了集成安全柵技術，減少了隔離式和齊納式安全柵的使用，因此結構緊湊，節約了空間和費用。
（3）從總線到總線(Bus to Bus) 解決方案
即FISCO現場總線解決方案。Fieldbus Instinsicailly Safe Concept Modem現場總線本質安全防爆構想模型簡稱FISCO。FISCO使得PROFIBUS-PA現場總線以本質安全方式安裝使用在Ex-區成為可能，以經濟簡便的方式解決了現場總線的防爆應用問題。FISCO適用于Ex-iaIIC級別的本安防爆方式。PROFIBUS-PA總線既能實現數字通訊（31.25kbps），又可實現對所掛接現場總線儀表的本安供電。西門子PROFIBUS-PA總線防爆系統一般由DP/PA耦合器/鏈接器，本安配電鏈接模塊，T型總線接頭、PA總線電纜和本安現場總線儀表構成。Bus to Bus方式的應用特點是智能現場總線儀表以總線方式掛接在PROFIBUS-PA上，經過上述產品，仍以現場總線方式接至控制系統的現場總線網卡。整個系統的數據信號鏈路用一條雙絞電纜即可構成。
其特點是：直接用于危險區域中的現場總線不僅節省了大量的布線成本，而且也節約了許多傳統方案中必須的I/O 信號的隔離柵、配電盤和分流器和大量信號電纜，同時節約了大量控制箱柜空間。此外，還可以省去防爆現場元件的機械保護裝置如雙層絕緣、附加金屬保護網等，以及在使用非本質安全導線時所需要的防爆鋼管。
FISCO本質安全現場總線（如PROFIBUS-PA）是最新的本安防爆接口技術。
(4)從點對點接線到總線(Point to Bus) 解決方案
即本安防爆遠程分布式I/O方案，產品包括總線式隔離安全柵和本安型的分布式I/O模塊。其中極具代表性的是西門子ET200iSP系列本質安全分布式I/O。見圖2所示：ET200iSP本身可以安裝應用在Ex.Zone 1區，通過點對點電纜連接至Ex.Zone 0區的本安儀表。
與從總線到總線(Bus to Bus) 解決方案相比，其應用特點是：現場儀表仍可以采用傳統4～20mA本安儀表，以點對點的接線方式接至分布式I/O，而分布式I/O向上則以經本安鏈接器485/iS隔離后的PROFIBUS-DP/iS（1.5Mbps）總線方式接至控制系統通信總線或現場總線網卡。ET200iSP不僅具有安全柵功能，為現場回路提供本質安全防爆，而且ET200iSP本身還具有很高的防爆安全等級，其I/O模塊、電源模塊和網關本身也采用本安防爆（ATEX II 2 G EEx ib IIC T4）。 因而ET200iSP可以直接安裝在Ex.Zone 1區，可對其所有電子模塊（包括電源模塊和總線連接模塊）進行帶電熱插拔維護、操作。顯然，這種本安防爆解決方案中，現場儀表仍可使用傳統的4—20mA儀表。本安防爆遠程分布式I/O方案是能兼顧FISCO現場總線方式和點對點方式兩類應用方案優點的一種中間方案，也是本文將詳細討論的方案。
除ET200iSP外，值得一提的是SIMATIC還有防爆ET200M分布式I/O方案可供用戶選擇。ET200M如果選用相應的防爆結構和S7-300系列的防爆Ex I/O卡板后，其本身就構成無火花型防爆形式，可以直接安裝在危險區。但ET200M本身的防爆級別要比ET200iSP低，只能安裝在增安型(Ex e)保護箱中，用于Ex.Zone 2區。ET200M的數據傳輸采用PROFIBUS-DP，最高速率可達12 Mbps，相比ET200iSP的1.5Mbps通訊速率要高。
(1)從點對點接線到點對點接線(Point to Point)解決方案
即傳統DCS/PLC+安全柵方案，見圖1所示。這類本安防爆接口以隔離式和齊納式安全柵為代表。應用特點是本安防爆現場儀表以點對點的接線方式通過電纜接至安全區控制柜內的安全柵，安全柵再以點對點的接線方式接至控制系統(DCS／PLC)的通用I/O卡。這是傳統的本安防爆接口技術。
(2)本安防爆I/O卡板解決方案
本安防爆I/O卡板解決方案是在DCS／PLC的通用I/O卡板基礎上增加本安電路，使之成為本安防爆卡板，可直接與現場兩線制本安儀表相連接，省卻安全柵環節，構成本安防爆控制系統，見圖2所示。其本質與DCS/PLC+安全柵方案相同，但是減少了安全柵環節，節省了線路連接點，因此能夠降低系統的故障點。而且這類本安模塊如SIMATIC S7-300系列的本安防爆式Ex I/O卡板SM322，SM321，SM331，SM332等，其防爆等級為Ex-ibIIC，可以掛接Ex.Zone1區內的本安儀表。由于本安防爆卡板使用了集成安全柵技術，減少了隔離式和齊納式安全柵的使用，因此結構緊湊，節約了空間和費用。
（3）從總線到總線(Bus to Bus) 解決方案
即FISCO現場總線解決方案。Fieldbus Instinsicailly Safe Concept Modem現場總線本質安全防爆構想模型簡稱FISCO。FISCO使得PROFIBUS-PA現場總線以本質安全方式安裝使用在Ex-區成為可能，以經濟簡便的方式解決了現場總線的防爆應用問題。FISCO適用于Ex-iaIIC級別的本安防爆方式。PROFIBUS-PA總線既能實現數字通訊（31.25kbps），又可實現對所掛接現場總線儀表的本安供電。西門子PROFIBUS-PA總線防爆系統一般由DP/PA耦合器/鏈接器，本安配電鏈接模塊，T型總線接頭、PA總線電纜和本安現場總線儀表構成。Bus to Bus方式的應用特點是智能現場總線儀表以總線方式掛接在PROFIBUS-PA上，經過上述產品，仍以現場總線方式接至控制系統的現場總線網卡。整個系統的數據信號鏈路用一條雙絞電纜即可構成。
其特點是：直接用于危險區域中的現場總線不僅節省了大量的布線成本，而且也節約了許多傳統方案中必須的I/O 信號的隔離柵、配電盤和分流器和大量信號電纜，同時節約了大量控制箱柜空間。此外，還可以省去防爆現場元件的機械保護裝置如雙層絕緣、附加金屬保護網等，以及在使用非本質安全導線時所需要的防爆鋼管。
FISCO本質安全現場總線（如PROFIBUS-PA）是最新的本安防爆接口技術。
(4)從點對點接線到總線(Point to Bus) 解決方案
即本安防爆遠程分布式I/O方案，產品包括總線式隔離安全柵和本安型的分布式I/O模塊。其中極具代表性的是西門子ET200iSP系列本質安全分布式I/O。見圖2所示：ET200iSP本身可以安裝應用在Ex.Zone 1區，通過點對點電纜連接至Ex.Zone 0區的本安儀表。
與從總線到總線(Bus to Bus) 解決方案相比，其應用特點是：現場儀表仍可以采用傳統4～20mA本安儀表，以點對點的接線方式接至分布式I/O，而分布式I/O向上則以經本安鏈接器485/iS隔離后的PROFIBUS-DP/iS（1.5Mbps）總線方式接至控制系統通信總線或現場總線網卡。ET200iSP不僅具有安全柵功能，為現場回路提供本質安全防爆，而且ET200iSP本身還具有很高的防爆安全等級，其I/O模塊、電源模塊和網關本身也采用本安防爆（ATEX II 2 G EEx ib IIC T4）。 因而ET200iSP可以直接安裝在Ex.Zone 1區，可對其所有電子模塊（包括電源模塊和總線連接模塊）進行帶電熱插拔維護、操作。顯然，這種本安防爆解決方案中，現場儀表仍可使用傳統的4—20mA儀表。本安防爆遠程分布式I/O方案是能兼顧FISCO現場總線方式和點對點方式兩類應用方案優點的一種中間方案，也是本文將詳細討論的方案。
除ET200iSP外，值得一提的是SIMATIC還有防爆ET200M分布式I/O方案可供用戶選擇。ET200M如果選用相應的防爆結構和S7-300系列的防爆Ex I/O卡板后，其本身就構成無火花型防爆形式，可以直接安裝在危險區。但ET200M本身的防爆級別要比ET200iSP低，只能安裝在增安型(Ex e)保護箱中，用于Ex.Zone 2區。ET200M的數據傳輸采用PROFIBUS-DP，最高速率可達12 Mbps，相比ET200iSP的1.5Mbps通訊速率要高。