在危险区直接安装的分布式输入/输出（I/O）

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欢迎访问e展厅 展厅 5 现场总线/工业以太网展厅 主站板卡, 现场总线适配器, ... 危险区域的全面解决方案－－在危险区直接安装的分布式输入/输出（I/O）总线系统事实上是工业自动控制中最先进的技术。这项技术现在正越来越多的在过程工业领域找到用武之地。当然，在危险领域也可以使用总线系统，在有爆炸危险的区域，这种技术被日益广泛的应用。典型的应用包括过程工程，化学工业和制药工业，也包括汽车生产线的喷涂车间、钻井平台、燃气轮机和水泥厂。 在过程工业中，随着现场总线系统的引入和被接受，复杂的现场设备被改装以适应这些总线系统。现场总线系统，例如Profibus PA，可以直接同控制系统的自动控制组件相连，从而直接访问现场设备的所有数据。在过程工业中，长期以来人们也使用IO站来连接执行器和传感器信号并将它们传送到上一级的系统。目前，这些设备仍然在安全区中使用，以前只有连接的传感器和执行器位于危险区域。因此位于危险区域的总线系统使得将IO站带到现场成为一个充满吸引力的话题。 符合国际爆炸防护法令 在欧洲市场框架内，各个国家的法令都得到了标准化。这也适用于与爆炸防护有关的法令。这些新的法令以缩写ATEX的形式为人们所熟知。其中有两个指导性的法令与自动控制系统有关。一个是ATEX95或者1994年3月23日的法令94/9/EG，也就是以前的ATEX100a；这项法令关注……“设备和保护系统……”，而且必须逐字逐句的转化为国家的法律。最迟到2003年6月23日，只有遵守这项法令的设备才能进入市场。第二个指导性的法令是ATEX137，参见1999年12月16日的法令1999/92/EG；这项法令关注……“最低的工作环境和雇员的安全……”，同样的不迟于2006年6月30日。ATEX137的内容将体现在一个关于危险（ExBV）的操作法令中。 鉴于以上原因，西门子公司根据新的指导性法令，认证了其已经在危险区域得到应用的那些分布式I/O系列。此外，后来的系统诸如ET 200M和ET 200S都已经通过了ATEX 95鉴定，以此确保它们能够直接安装在危险区域。 在危险区域的SIMATIC产品 根据新的指导性法令，西门子已经调整了它的IO站，西门子能够提供用于危险区域完整的产品系列。图1展示了在危险区域产品系列的配置。已经有三种准备好的用于危险区域的产品系列，可以根据用户不同的需要进行量身定做。 在实际应用中需要位模块化I/O的用户可以从两种不同的产品中进行选择。例如，现有的ET 200iSP，作为位模块化I/O适合于安装在危险1区，市场份额较小；ET 200iSP的基本型ET 200S可以安装在2区。这就给了用户多种可能的选择，通过位模块化结构直接对工厂的配置进行改造。 ET 200M是供需要高通道数和紧凑设计这样的应用使用的分布式IO。虽然这种设备以前也只能被安装在安全区域，但现在它已经可以直接安装在2区了。利用同EX i信号连接的模块，本质安全的执行器和传感器也能安装到危险区域1。 产品的工作平台通过与PROFIBUS PA集成的组件得以完整化；PROFIBUS PA可以很容易将DP/PA耦合器直接安装在2区。这就意味着那些先前只能安装在安全区域的组件现在可以距离现场设备所在危险区域更近一些。 用户利益 分布式I/O组件直接安装在危险2区甚至1区这样的危险区域，由于这种新的可能性，用户可以在工程上有相当可观的节约。 这样一来，消除了单独的分配盒，辅助电缆、配线的成本；现在只需要从安全区域铺设一条总线电缆到危险区域，通过这条总线电缆可以将大量的终端连接在一起。此外，由于减少了空间，对I/O的布置也节约了中央配电设备。 产品概述 Simatic ET 200iSP（图2）——iS是指“intrinsically safe”（本质安全）——是特别针对在1区和2区这样的危险区域而开发的。连接的执行器和传感器甚至可以安装在危险0区。ET 200iSP具有位模块化、用户友好的设计，允许在运行过程中更换单个模块（热插拔）而不需要经过特殊的防火认证。 远程站的结构包括一个防火的电源单元，一个接口模块和最大32个可以自由组合的模块。当连接到Profibus-DP时，上游的绝缘变压器确保了通过Profibus的电能没有超过容许极限。 接线是固定配线，整个接线过程可以在安装时，在没有安装电子模块之前完成。至于连接，可以使用螺钉和弹簧的端子模块两种方式。 使用电子模块可以连接高达128个数字信号或者64个模拟信号。ET 200iSP可以使用满足NAMUR标准的数字输入模块、数字输出模块和各种不同的具备或者不具备HART功能的模拟模块（输入、输出）。也可以使用模块来连接电阻式温度计和热电偶。 ET 200iSP具备了集成的所有必要条件，不仅可以集成到西门子Simatic PCS 7过程控制系统，也可以集成到第三方控制系统。使用统一的Simatic PDM（过程控制管理器）不但可对ET 200iSP，而且也可以对HART现场设备进行参数化处理。这就使得即使在设备运行时也能够进行设备更换。Simatic ET 200iSP不仅提供系统诊断信息，而且也能以完全透明的方式与HART仪表进行沟通。 小巧、灵活、通用 Simatic ET 200S是一个不但安装简单而且有很大灵活性的分布式I/O系统。品种规格齐全的模块系列，标准化、系统范围的配置、安装和编程，使得ET 200S成为一个通用的I/O系统。位模块化结构允许系统针对每一个自动控制系统的需求进行快速、理想的调整。 在安装上，它和ET 200iSP一样简单。所有的模块如接口模块和端子模块，都是通过将模块并排的插入标准的DIN（德国工业标准）导轨实现的，不需要任何工具。机械的编码可以防止错误模块的插入。 模块通过铜缆或光缆与PROFIBUS总线相连。有一系列的模块可以用来连接传感器和执行器等。用户可以从大量的数字输入和输出模块中选择。根据各种不同的需要也可以使用模拟输入和输出模块。 此外，一些技术模块（如计数器）、电机启动器和带有CPU功能的接口模块对模块系列也是一个补充。更进一步，Simatic ET 200S还可以使用故障安全的信号模块。ET 200S也是固定配线。端子模块也可以使用螺钉和弹簧来连接。 使用ET 200S系统，在运行过程中可以不使用工具更换电子模块。这就意味着在运行过程中系统的功能仍然是可以保持的。 多通道分布式应用的解决方案 ET 200M是一个模块化的DPIO站，具有IP20的防护等级，是分布式设计、多通道应用的理想选择。可以使用最多8个信号或功能模块，也可使用S7-300系列通讯处理器。在运行过程中可以进行模块的更换。系统通过IM 153接口模块与PROFIBUS DP总线相连接。 通过使用两个接口模块，也能实现ET 200M的冗余连接。此外，通过辅助模块对ET 200M进行在线扩充也具有可行性。同样的，在运行过程中也可以进行电子模块的更换。使用电子模块可以实现不同控制曲线的数字输入（如NAMUR）和输出，例如阀的控制。对于模拟信号，则有大量的输入输出模块可供采用；包括具有和不具有HART功能的版本。可以采用一系列的Ex输入和输出模块实现与本质安全信号（EX i）的连接。故障安全的信号模块和功能模块，增加了产品系列。 接口模块IM 153具有不同的版本，区别在于它们的功能范围不一样；这是因为ET 200M分布式I/O中有多种不同的S7-300模块需要连接到PROFIBUS DP。 接口模块IM 153-1用来满足基本使用要求；IM 153-1并不支持任何冗余的操作，时钟同步等。IM 153-2则是一个中等性能范围的接口模块，它可以完全满足在过程工业中的使用。 新的IM 153-2 高性能版本扩展了IM 153的使用范围：除了具有常规的功能外，还支持等时模式、支持通过总线或者MMC进行固件升级，支持ET 200M工作站的在线扩充等。 通过Profibus PA进行数据通信 Profibus PA通过分布式的概念来发挥现场总线技术的优越性。通过Profibus PA，通信技术可以根据过程工业的需求量身定制，也能提供一些特殊的功能，例如通过总线送电给现场设备。通过标准的通信服务，可以确保来自不同厂商的现场设备正常运行，确保设备运行过程中可以进行参数的远距离赋值。 西门子提供PA现场设备和DP之间的DP/PA连接。DP/PA连接是S7-300中的一个模块化的网关通道，可将PROFIBUS DP和PROFIBUS PA两个总线系统彼此连接在一起。它由一个IM 157接口模块和1到5个DP/PA耦合器组成。这些耦合器有两个版本：用于安全环境的版本以及与现场设备一起安装于危险区域的版本。 DP/PA耦合器的主要任务是转换数据格式、为现场设备提供能量，并且通过屏蔽来确保在危险区域使用时信号的可靠传输。当使用耦合器连接危险区的现场设备时，最远可以在危险0区连接PA的现场设备。 完美的集成 以上所列举的分布式I/O系列的所有组件都可以很好地融入到西门子的过程控制系统中。这就意味着用户不需要在准备模块数据方面做任何工作。运行中的所有警报，如短路、线路破损、工作站和模块的故障，都已进行了预处理，并且可以显示在更上一级的控制系统中。 所需的附件 在鉴定过程中，S7-300经测试可以直接安装在危险2区。可以使用与Simatic ET 200M相同的I/O模块采集从传感器来的信号，另外，网络组件例如诊断中继器也可以直接安装在2区。(end)

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