Добрый день, уважаемые коллеги! В данном ролике мы расскажем о серии барьеров искрозащиты КА531XEx из номенклатуры научно-производственной фирмы КонтрАвт.
Данная серия барьеров предназначена для управления активными дискретными сигналами в системах управления технологическими процессами во взрывоопасных зонах.
В состав серии входят три модели барьеров: KA5311Ex, KA5312Ex и KA5314Ex, отличающиеся между собой количеством каналов.
Применение
Барьеры искрозащиты КА531ХEx применяются на объектах со взрывоопасными зонами в нефтегазовой, химической, лакокрасочной и в иных отраслях промышленности.
Барьеры предназначены для решения двух основных задач.
Первая задача - это управление исполнительными механизмами во взрывоопасных зонах с помощью активного дискретного сигнала. Исполнительными механизмами могут быть различные электромагнитные и электропневматические клапаны, сигнальные светодиоды, аварийные звуковые сигнализаторы и другие устройства, которые применяются в системах управления технологическими процессами.
Пользователь может управлять данными механизмами, находящими во взрывоопасной зоне, с помощью барьера КА531ХEx из безопасной зоны. Для этого он из безопасной зоны подает дискретный сигнал на внутренний искрозащищенный источник питания, который расположен на выходе барьера. Таким образом, cигнал на выходе барьера будет активным и внешний дополнительный источник для исполнительного механизма не потребуется.
Вторая задача - это обеспечение питания измерительного или управляющего оборудования во взрывоопасных зонах.
Если барьер КА531ХEx используется просто как неуправляемый источник питания, то можно использовать второй вариант показанной схемы. В этом случае, подача питания на барьер означает одновременно и подачу питания на нагрузку во взрывоопасной зоне. Заметим, что управляющие цепи в безопасной зоне подключены постоянно.
Основные возможности барьеров
Для решения указанных задач барьеры КА531ХEx имеют следующие основные возможности:
1.Питание напряжением постоянного тока датчиков или устройств, находящихся во взрывоопасной зоне. Допускается параллельное включение выходов каналов с целью повышения нагрузочной способности;
2. Управление «включено-выключено» напряжением на выходе каналов (в том числе для управления исполнительными устройствами) с помощью дискретного сигнала из безопасной зоны;
3. Связанное управления выходами (барьер КА5312Ex-N1);
4. Ограничение тока при больших нагрузках;
5. Гальваническая изоляция входных и выходных сигнальных цепей между собой и от источника цепей питания барьера.
6. Барьеры можно эксплуатировать в расширенном диапазоне рабочих температур от минус 40 до плюс 70 °C;
7. Барьеры обеспечивают простой монтаж/демонтаж за счет применения разъёмных винтовых клемм и шинных соединителей.
Рассмотрим возможности барьеров KA531XEx более подробно.
Виды взрывозащиты
Барьеры КА531ХEx имеют взрывозащиту вида «i» – искробезопасная электрическая цепь, уровень взрывозащиты – «ia», маркировка взрывозащиты вида «i» – [Ex ia Ga] IIC. Данная маркировка означает, что источники входных сигналов могут располагаться во взрывоопасных зонах 0, 1 и 2.
Барьеры КА531ХEx также имеют взрывозащиту вида «n» и маркировку 2Ex nA [ia Ga] IIC Т4 Gc X, означающую, что они относятся к неискрящему оборудованию и сами могут располагаться в зоне 2. Обратим внимание, что для обеспечения данного вида взрывозащиты nA барьеры КА531ХEx должны быть размещены в оболочке со степенью защиты не хуже IP54.
Структура и принципы работы
Как мы уже сказали в начале видео барьеры серии KA531XEx имеют разное количество входных каналов. Барьеры КА531ХEx имеют один канал, КА5312Ex - два канала, КА5314Ex - четыре канала.
Структурные схемы всех трех моделей барьеров приведены на экране.
Обсудим составные части барьеров КА531ХEx, представленные на каждой из этих схем. В состав барьера серии КА531ХEx входят:
- Схема управления включением канала;
- Источник тока питания канала;
- Блок логики (есть только в барьерах КА5312Ex-N1)
- Основной импульсный стабилизатор напряжения;
- Модули искрозащиты.
Поясним принцип работы данных блоков барьеров на примере барьера КА5312Ex.
На входные каналы барьера из взрывобезопасной зоны поступают внешние активные дискретные сигналы управления в диапазоне от 0 до 30 В.
Уровень логического “0” устанавливается для диапазона входного сигнала от 0 до 2 В, уровень логической «1» для диапазона от 6 до 30 В.
Далее входные сигналы через схемы управления включением каналов передаются на источники питания каждого канала. С помощью схем управления пользователь может включать или отключать напряжение на выходе любого канала.
У двух модификаций КА5312Ex-01 и КА5312Ex-11 присутствует блок логики, который позволяет барьеру работать в режиме связного управления выходами. Обсудим его подробнее.
Связанное управление выходами
Режим связанного управления выходами необходим для корректной работы в системах, которые не допускают одновременную подачу двух сигналов с противоположенным воздействием на систему. При подключении подобных устройств к выходам барьера необходимо, чтобы при любой комбинации входных сигналов активным был только один из его выходов. Как правило, это выход, который переводит систему в наиболее безопасное состояние.
Связанное управление выходами у барьера КА5312Ex означает, что при одновременной подаче двух сигналов управления на оба входа барьера будет включен только выход 2, первый выход останется выключенным. Указанный принцип работы связанного управления показан на графике.
Вернемся к схеме барьера
Барьеры запитываются напряжением постоянного тока в диапазоне от 20,5 до 30 В. Данное напряжение подается на основной импульсный стабилизатор напряжения, который формирует внутреннее базовое напряжение питания (номинальное напряжение) барьера - 24 В.
Выходное напряжение формируется встроенными в барьер модулями взрывозащиты. В цепях искрозащиты предусмотрены ограничивающие резисторы. Данные резисторы определяют внутреннее сопротивление выходов и, соответственно, снижают напряжение и ограничивают ток на выходе барьера при больших нагрузках. Обсудим эту возможность барьеров подробнее.
Ограничение тока при больших нагрузках
Нагрузку к барьеру КА5312Ex можно подключать двумя способами: либо на один из двух выходных каналов (любой) либо параллельно на два выхода. Пользователь может использовать любую схему в зависимости от своей задачи. Обе схемы подключения данными способами приведены на экране.
Рассмотрим выходные вольт-амперные характеристики для этих двух вариантов подключения выходов барьера КА5312Ex. На графике зеленой линией показана характеристика при подключение нагрузки на один выход и синей линией при подключение нагрузки параллельно на два выхода.
Эти характеристики имеют две особенности.
Во-первых, максимальный выходной ток ограничивается: в первом случае (зеленая линия) значением 46 мА, во втором случае (синяя линия) вдвое большим значением 92 мА. Данное ограничение необходимо для исключения передачи во взрывоопасные зоны потенциально опасных токов при больших нагрузках, в частности, при коротких замыканиях.
Во-вторых, две характеристики имеют существенный наклон. Наклон графиков характеризует выходное сопротивление источника напряжения, которое у барьеров определяется номинальным значением сопротивления ограничивающих резисторов: чем меньше значение R вых, тем меньше наклон вольт-амперной характеристики и тем меньше зависимость выходного напряжения от тока нагрузки.
Итак, теперь с учетом этой информации, пользователь должен решить какую из двух схем подключения использовать и что ему следует дополнительно учитывать при том или ином подключении.
Рассмотрим случай, когда подключенная нагрузка не велика и ей требуется ток меньше 46 мА (например, 35 мА). Тогда можно использовать обе схемы подключения (точки А и В на графике), но напряжение на нагрузке в случае одноканальной схемы (точка B) будет меньше, чем в случае двухканальной (точка А).
Другой случай. Пусть для питания нагрузки требуется ток больше 46 мА (например, 70 мА). Тогда пользователю приходится использовать только вторую схему подключения с двумя параллельными выходами (точка С). Нагрузочная способность барьера в этом случае будет в два раза выше.
Обратим ваше внимание на то, что при параллельном подключении выходов меняются основные параметры искровзрывозащиты I0 и Р0, а также допустимые параметры внешних цепей С0 и L0. Значения максимально допустимых параметров внешних цепей для обеих схем подключения приведены в таблице.
Из данной таблицы следует, что при использовании первой схемы подключения (точка В) пользователь может работать во всех трех зонах IIA, IIВ и IIC, а при использовании второй схемы (точки А и С) в зоне IIC работать уже не допускается.
Гальваническая изоляция
Электрическая прочность изоляции между входными и выходными сигнальными цепями, а также между данными цепями и цепями питания барьера ~1500 В, 50 Гц. Электрическая прочность изоляции между входными сигнальными цепями барьера ~250 В, 50 Гц. Электрическая изоляция между выходами в многоканальных барьерах отсутствует.
Размещение и монтаж
Барьеры КА531ХEx рассчитаны для монтажа на DIN-рейку внутри шкафов автоматики и в шкафах низковольтных комплектных устройств.
При вертикальном расположении корпусов барьеров допускается плотный монтаж без зазоров между корпусами.
Горизонтальную компоновку допускается использовать только с зазором между корпусами не менее 10 мм при температуре окружающего воздуха (-40…не более +55) °C, либо при иных условиях с принудительным охлаждением.
Подключение барьеров
Подключение внешних источников сигналов к барьерам происходит с помощью разъёмных винтовых клеммных соединителей. Использование данного способа подключения обеспечивает максимально простой монтаж и демонтаж проводов.
Организация питания
Питание на барьеры может подаваться двумя способами. Во-первых через уже упомянутые разъёмные винтовые клеммы.
Второй способ - через специально предназначенные шинные соединители.
Некоторые модификации барьеров КА531ХEx комплектуются шинными соединителями, предназначенными для подачи питания.
Наличие шинного соединителя дает возможность организовать питание группы барьеров по шине питания 24 В. Если на одной DIN-рейке рядом располагается много барьеров, то из соображений удобства их питание рекомендуется организовать именно по шине.
Есть два варианта организации группового питания по шине.
В первом варианте, питание подается на клеммы одного барьера, а через него питание подается на шину и соответственно на другие барьеры. Таким способом можно запитать группу до 5 барьеров.
Во втором варианте, питание нужно подать непосредственно на шину с помощью винтового разъёмного клеммного соединителя Phoenix Contact, либо аналогичного. Данный клеммный соединитель приобретается отдельно, в комплект поставки барьеров не входит. Через шину питания с отдельным клеммным соединителем можно питать до 30 барьеров любых модификаций.
Система обозначения модификаций
В заключении нашего видео рассмотрим общую систему обозначений модификаций барьеров KA531XEx-NN.
Буква “X” после цифр 531 указывает на количество каналов:
1 - один входной канал (КА5311Ex);
2 - два входных канала (КА5312Ex);
4 - четыре входных канала (КА5314Ex)
Цифра, соответствующая первой букве “N”, указывает на наличие шинного соединителя:
0 - без шинного соединителя;
1 - с шинным соединителем
Цифра, соответствующая второй букве “N”, указывает на тип управления выходами:
0 - независимое управление выходами;
1 - связанное управление выходами (одновременно может быть включен только один выход, при одновременной подаче управления приоритет у 2-го выхода)"
Еще раз напомним, что связанное управление выходами возможно только у двух модификаций барьеров : КА5312Ex-01 и КА5312Ex-11.
Надо также учитывать, что параллельное подключение выходов к нагрузке допускается только у барьеров, которые выполняют несвязанное управление, то есть все кроме КА5312Ex-01 и КА5312Ex-11.
Итак, в данном видео мы рассмотрели серию барьеров искрозащиты КА531ХEx для управления активными дискретными сигналами в системах управления технологическими процессами во взрывоопасных зонах.