在危险性环境中安装现场总线

    无论是安装新设备还是进行系统改造更新，现场总线技术正成为仪器仪表系统的选择对象。 就像多年前电子仪器的 4 - 20mA 的输出替代了气动的 3-15 psi 仪器一样，数字多点通信网络将替代点对点的连接和模拟输入输出卡，连接在网段（ segment ）中的现场总线设备也将替代传统的过程传输和控制阀的回路。 

    我们的讨论集中在过程控制设备使用 FF 总线或者是 Profibus-PA 技术上。这两种现场总线有相同的物理层规范，因而具有相同的防爆特性。 

    当总线应用在的危险环境过程中，连接在一起的设备的数量使总线不同于传统的电子仪器接线。现场总线设备采用了与传统仪器相同的防爆技术，但它与电源之间存在相互作用，而且网段的总容量会受通信技术的影响。 

    防爆系统 

    Exd 仪器一直以来被认为是最容易理解的，简单地说，取一个坚固的大盒子，它能经受得住内部燃烧而不会引燃外部的气雾，那么无论你放什么东西进去都可以称为 " 防爆 " 。 

    既然大多数现场总线设备目前都普遍以过程传感器为基础，输出为 4 - 20mA ，采用防爆外壳，大多数仪器的现场总线的不同之处只是内部的一个新的电路板。 

    一些具有远见的公司的产品外壳符合通用的安全限制，如内部容量、功耗等。如果设备的新电路板的设计是在外壳的限制要求之内，改为现场总线方式就不会太困难。然而，一些认证机构可能会有内部设计的个体差异，这会延迟但不会妨碍整体的认证过程。作为一项技术，仪器仪表的防爆技术并非只受欧洲大陆的偏爱，而且防爆总线设备出现在 FF 中的概率要大于 Profibus-PA 中。 

    将防爆设备连接在一个多点通信网络中也会产生一些问题，主要是在使用防爆接线盒时。随着现在总线技术的发展，平均每部分网段使用 8 到 12 台设备，但设备维护（增加、断开等）不能在防爆系统中带电进行，这样可降低每部分网段中防爆设备的数量。 

    例如，在现场打开防爆外壳也不是件容易的事情：一般来说，所有网段需要断开，或者需要 2 个工作人员（一个拿气体探测器，另一个用扳手）进行现场维修。虽然 Exde 插座式连接头（ plug/socket ）能有效地允许独立的分支断开，无须断开整个网段，但在排除故障设备时也是问题重重。 

    本安现场总线 

    过程仪器一般都采用低电压，而且本质安全（火花能量和热散被限制）是过程测量和控制系统的理想方案，控制系统中为保护扩大的电缆网络和维护常规终端接入的成本会非常高。 

    然而多点的现场总线系统的重点是使用了本安技术，通过一个本安接口，驱动一个单独的 4 - 20mA 仪器存在困难；以相同的独立电源来驱动 8 或 12 个驱动器的要求，对于常规的技术来说太多了。交替使用电压和电流，达到一个平衡，普通的安全栅在 IIC 中允许大约 80mA ，这等同于 4 个驱动器（假设每个为 20mA ）。 

    FISCO 

    现场总线本质安全概念 （Fieldbus Intrinsically Safe Concept ， FISCO） 被认为是关于普通本质安全限制的方法，通过增加允许的符合本质安全设计标准的电流界线 ，通过典型系统组态的爆炸测试验证安全性能。这部分的所有元件必须得到 FISCO 认证，这要求对许多供应商的现有设备进行重新验证。 FISCO 提出网段容量需要增家（ IIC 中 110 mA 要优于 80mA,IIB 则最好为 240 mA ），但也带来一些不利的运行限制 （ 网段长度最大为 1000 m, 分支最大为 30m, 连线必须为 FISCO 规格接线，设备也必须符合 FISCO 规范 ） 。 

    向 FISCO 靠近的一个重要步骤是电缆和设备参数的标准化，这意味着大量的昂贵和耗时的实体参量（ Entity Parameter ）记录（ log ）和分析不再需要。许多传统的模拟设备的本安用户会陷入实体参量分析中，因为普通的设备有许多现场仪表类型；每个回路各种不同的电缆长度和许多不同的本质安全栅都需要独立的评估和文件。在任何危险区域系统中，实体参量分析的工程时间消耗成本可能是本安没有成为第一选择的原因。 

    设备接头（ Device Coupler ）在现场总线中是一个非常有用的部分，它主要是一个智能包，包括所有接线附件，可进行快速安装，并且易于运行。也可以用传统的接线盒，但是却很少采用：现场总线的连接使所有设备在一部分中连在一起，传统连线技术使盒子内部像个老鼠洞一样杂乱无章。而且，现场总线网段需要合并各种形式的独立的分支性的短回路保护，这样单独的故障就不会影响整个网段，网段也需要有一个适合的终端。 

    非易燃性 

    它在概念上类似于本质安全，但没有涉及内部故障，非易燃性（ non-incendive ）仪器的被技术人员接受的程度并不高。 Exn 只允许应用于 2 区中，但经常被 Exi 替代，如果一个工厂中的仪器位于 0 区和 1 区范围，本质安全是首选的技术。所有的本安接口制造商认为 Exn 有些多余，其实并非明智的选择，本安毫无疑问是较好的方案。 Exn 设备成本节约的主要原因是因为不需第三方认证，但是大多数最终用户拒绝接受供应商的自认证，因而它的成本与本安相当，在市场份额也就有所限制。 

    对于 Exn 来说，现场总线也许是必要的经济型驱动器。本安接口公司在推出采用传统技术的本安现场总线时，市场反响不佳，现在他们已经掉转方向，步入 Exn 阵营， MTL 也得到不断发展，现在正推动 FNICO （现场总线非易燃性概念）或 2 区 FISCO 的发展。 

    当然，还几乎没有 Exn 现场仪表， MTL 建议 FNICO 应允许 FISCO 设备的接入，当集成 FISCO 电缆和 FISCO 应用规则时，有允许带电工作的可能性。 FNICO 在性能上与 FISCO 相似，限制能量的方式也相同。 FNICO 在节约成本方面可谓是最好的本质安全的选择，它主要的特点是防爆界限的模糊性，但这将在工厂的 1 区和 2 区的设备中产生一些问题。 

    在危险区域的现场总由连接装置支撑，这些装置适用于所有形式的总线设备。问题区域如 1 区中的 Exd 设备的维护过程，以及全区和气体组（ Gas Group ）中本安设备的网段容量等问题能进行很好的解决，无论危险是否，都不需在任何过程测量和控制中采用现场总线安全栅。