СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №8/2016

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 74 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2016 Измерительные каналы с расположением первичных датчиков во взрывоопасной зоне В статье рассматривается построение искробезопасной цепи для измерительных каналов с расположением первичных средств измерения (датчиков) во взрывоопасной зоне. Приводятся примеры построения подобных измерительных каналов, их функциональные возможности и особенности эксплуатации. Сергей Шишкин (г. Саров, Нижегородская обл.) В структуре любого программно- аппаратного комплекса (ПАК) или распределённой системы управле- ния и сбора данных можно выделить несколько уровней: ● первый уровень – первичные сред- ства измерения (датчики температу- ры, тензодатчики, датчики давления и пр.), шаговые двигатели, концевые выключатели и т.д.; ● второй уровень – вторичные измери- тельные преобразователи, нормиру- ющие усилители, терморегуляторы, реле времени и т.д.; ● третий уровень – устройство связи с объектом, контроллер узла шины (шинный контроллер), модули ана- логового и дискретного ввода; ● четвёртый уровень – автоматизи- рованное рабочее место оператора (АРМ оператора). Это деление весьма условное, точ- ное количество уровней и подуров- ней определяется в каждом конкрет- ном случае и на основании опыта раз- работчика ПАК. Практически в любом ПАК присут- ствуют измерительные каналы физи- ческих величин: температуры, давле- ния, веса, расхода, влажности, уровня, концентрации газа и др. Конструктив- но первичные средства измерений (датчики) могут находиться в раз- личных точках объекта автоматиза- ции или быть расположены в измери- тельной вставке. Не трудно заметить, что элементы измерительных каналов, как правило, присутствуют в первом и втором уровнях ПАК. Если первич- ные средства измерения первого уров- ня находятся во взрывоопасной зоне, то требуется обеспечить взрывозащи- ту. Одним из стандартов на взрывоза- щищённое электрооборудование явля- ется ГОСТ 30852.10-2002 [1]. Данный стандарт распространяется на взры- возащищённое электрооборудова- ние с взрывозащитой вида «искробе- зопасная электрическая цепь i». Барье- ры искробезопасности (искрозащиты) обеспечивают безопасность цепи под- ключения, как в штатных, так и ава- рийных ситуациях. По типу функци- онирования их можно разделить на барьеры с гальванической развязкой и шунт-диодные барьеры искрозащи- ты, которые также известны как «барье- ры на зенеровских диодах», «пассив- ные барьеры». Барьеры искробезопасности с галь- ванической развязкой часто называ- ют «активными» барьерами. Они объ- единяют в одном компактном корпу- се преобразователь сигнала и барьер искрозащиты. Преимущества примене- ния этого типа барьеров искробезопас- ности во многом обусловлены наличи- ем гальванической развязки, которая сама по себе является фактором, уве- личивающим «выживаемость» канала. Каналы, защищённые такими барьера- ми, обладают более высокой помехо- устойчивостью. Наличие гальваниче- ского разделения входных и выходных цепей, а также входных цепей и цепей питания барьера, снимает необходи- мость организации заземления барье- ров. Это позволяет повысить помехо- устойчивость при передаче измери- тельных сигналов. Шунт-диодные барьеры являются наиболее простым, дешёвым и высо- конадёжным способом обеспечения взрывозащиты и искробезопасности электрических цепей первичных пре- образователей (термопары, термосо- противления, датчики унифицирован- ных сигналов и пр.). Данные барьеры требуют обязательного заземления. К плюсамшунт-диодных барьеров мож- но отнести: ● невысокую стоимость; ● компактность, по сравнению с актив- ными барьерами; ● передачу сигнала без преобразо- вания; ● отсутствие источника питания. ● Минусы шунт-диодных барьеров искрозащиты: ● требуют заземления; ● неремонтопригодная конструкция; ● изменение параметров линии связи с датчиком; ● выходят из строя при штатном сраба- тывании (сгорает предохранитель). «Срабатывание» барьера являет- ся штатной ситуацией обеспече- ния искробезопасности и вызывает- ся попаданием в искроопасную цепь, подключённую к барьеру, электриче- ского сигнала, по своим параметрам превышающего допустимое напряже- ние холостого хода и ток перегорания встроенного предохранителя. Как пра- вило, с искроопасной стороны к барье- ру подключены вторичные измеритель- ные преобразователи, модули логиче- ских контроллеров, терморегуляторы или иное похожее оборудование. Пара- метры электрических сигналов, с кото- рыми работают измерительные пре- образователи, практически всегда не превышают значений, необходимых для «срабатывания» барьера. Поэтому для избегания «срабатывания» барье- ров необходимо исключить попада- ние электрических сигналов из дру- гих цепей (например, в результате коротких замыканий). Стоит учесть, что барьер искробезопасности явля- ется невосстанавливаемым издели- ем и ремонту не подлежит. Согласно п. 9.2.3 ГОСТ 30852.10-2002 должна быть исключена возможность ремонта или замены элементов внутреннего монта- жа барьеров. Применение измерительных нор- мирующих вторичных преобразовате- лей в распределённых системах управ- ления и сбора данных стало де-факто стандартом для каналов измерения физических величин. Как уже упоми- налось, если датчик исполнительного устройства или измерительной встав- ки находится во взрывоопасной зоне, то требуется обеспечить взрывозащи- ту. Поэтому канал измерения физиче- ской величины с аналоговым выходом в общем случае включает в себя: