FNICO将FISCO带入危险区域

发布时间：2004-06-20 P.R. Saward, MTL Instruments公司

    现场总线本质安全模型（FISCO）技术的最新进展，有助于现场总线非易燃模型（FNICO）在危险区域连接更多的现场设备。

　　对于安装在易燃空气环境的现场总线来说，每种不同的防爆法都拥有其各自的成本及易维护优势。尽管本质安全（Intrinsic Safety, IS）在北美危险区域并非是首选，但IS实践的最新进展已经能使Class I, Division 2危险区域中现场总线非易燃模型（FNICO）的安装受益。
　　这些进展的起因是FISCO近来的被引入--在IEC技术规范60079-27中有描述。当与用传统“实体”概念安装的IS现场总线系统进行比较时，FISCO可简化管理现场电缆中能量储存的规则，并使现场总线干线上拥有更多的可用电源。这种安排意味着可在危险区域连接更多的现场总线仪表，并减少用户用来验证及文件化安装是否安全的时间。
　　FISCO由德国认证机构PTB开发，它指出现场电缆每单位长度提供的电感及电容值处于定义极限内，因此整个长度上的火花点火风险并未增加。这使安装安全与电缆长度无关，且无需计算电缆参数或将其与电源最大允许值相匹配。
　　若将FISCO标准应用到Division 2危险区域内的非易燃性现场总线电路上（预计其只在非正常情况下才有爆炸危险），则可放宽对电压及电流等安全因素的要求，同时还能在IS及非易燃性之间实现类似性。所得出的FISCO标准可使Division 2中的现场总线安装在以下几个方面受益：
　　·无需使用防爆接线盒及导管布线系统；
　　·干线及支线可完全带电工作，无需进行瓦斯清除；
　　·简单的安全文件，如设备清单等；
　　·无需电缆参数计算，无需实际意义不大的国家电气编码；
　　·与同等FISCO安装相比，每干线可连接更多的现场设备。
　　此外，现在已经开始对传统区域分类方法进行重新评估，以进行真实的分区，而不仅仅是进行过分小心谨慎的分区，而这鼓励了工厂运营者寻求放松对Division 2要求的途径。因此，在本质安全保留对任何区域最安全技术的同时，非易燃性设备也能降低资金及维护成本，同时还能拥有Division 2区域中的足够安全。

　　非易燃性现场总线防爆
　　由于现场总线必须能在不丢失数据或切断电源的情况下增加或拆下仪表，因此在危险区域对设备进行检修时需在带电线缆上进行某些操作。
　　尽管术语“非易燃性”一般被用来形容Division 2中的普通布线技术，但在FNICO中使用时则意味着以与本质安全相同方式实现的“电能限制”，因此这与Division 2区域中所使用的不允许产生电弧及火花的"非电弧"电路不同。电能限制电路在低于规定功率的情况下，可在易燃空气中进行带电工作。这已经过现场布线的开路、短路及接地等常规操作的验证。非易燃性在采用的安全及故障考虑等诸多方面上都与本质安全不同（参见表1）：

　　因此，FNICO现场总线电路必须能在没有火花危险的情况下进行开路、短路及接地，且无需进行瓦斯监视。另外，也可将同样的准则应用到干线及支线上，因此无需为现场总线电路的不同部位采取不同且容易弄混的维护程序。

　　FNICO系统安装 
　　典型FNICO安装的关键物理层部件为：电源、电缆、终端部件及其现场总线仪表等（见插图）。
　　在简单情况下，FNICO电源一般位于安全与危险区域交界处。与主控系统的连接在其“安全区域”内的终端上进行，而与现场干线的连接则在其“危险区域”内的终端上进行。它将FF现场总线标准定义的可靠现场总线通信功能，与电能限制接口功能集成在一起。这类似于在现场总线电源输出中构建了一道IS屏障，尽管在此情形下该屏障只符合表1所列Division 2区域的要求。
　　典型的FNICO供电还集成有中继器功能、24伏直流电源输入连接以及可切换终端。如能安装在合适的机箱中，它能在Division 2危险区域中使用，并且还能提高灵活性及实现更加复杂的总线拓扑。
　　同样，FNICO系统电缆虽然也可用FF现场总线H1常规工作要求、以及安全所需的电能存储考虑来定义，但这两者都不会有太大的工作负担。从操作上讲，一般可使用适合于安全区域安装的电缆，其中包括带有长度限制的特殊现场总线，以及从原有模拟安装中保留下来的电缆等。对FNICO电缆的安全要求与对FISCO电缆的安全要求相同，也可使用最常用的电缆型号（见表2）。）
　　与此同时，现场总线的增加导致了专用布线集线器的引入。这类集线器通常是一些带有预分配干线及支线连接的模块，而且还可能被构建到现场可装配机箱中。利用这类集线器可节省安装时间，以及避免从DIN轨式安装终端上安装同等设备的复杂性。对FNICO系统的安全要求很简单：集线器及其机箱必须满足Division 2安装要求，且必须适合其安装环境。这并不难达到，因为在用户选择的机箱中，可使用经过认证且适合此类安装的布线部件。值得注意的是，这消除了在Division 2中使用防爆机箱的需要。
　　最后，FNICO通过使用经IS认证的现场总线仪表，还能从被放宽的、对非正常或非常见情况下危险区域的安全要求上获益。所有IS仪表基本上都能在FNICO系统中使用，而且安全要求也很容易满足，因为它们一般都被设计成可在区域1或0中安全使用，因此能超过任何Division 2区域的安装要求。它们还拥有一般不会被（现场总线）超出的最大输入电压、电流及功率值，并且FNICO电源还拥有被赋予其输出的等效值。通过比较两组数字可得出其兼容性，其中只有电压参数需要满足，因为在正常情况下永远都不会出现最大电流及最大功率。因此FNICO可用IS认证设备来组装，而且还能使用同时拥有“实体”及FISCO认证的设备。

　　检查FNICO安全
　　用来描述FNICO安全的标准与用来描述FISCO安全的标准非常相似。例如，无需计算最大允许电缆长度以及无需提供遵循表2要求的电缆等。检验FNICO安全包括以下步骤：
　　1. 确认电缆是否满足FISCO/FNICO要求；
　　2. 检查所有现场仪表是否都带有非易燃或本质安全证书；
　　3. 检查所有现场布线部件及终端是否都经过适当的认证；
　　4. 如果现场仪表未经FISCO或FNICO认证，则检查每台仪表的最大安全输入电压（V max）是否超出FNICO电源的输出安全电压（Voc）；
　　5. 列出挂在每条干线上的设备，并记下生产厂家、型号、安全保护方法、环境温度及温度种类等。
　　此外，通过采用与IS电路具有相同定义的“国家电气编码”，也可在非易燃电路中使用“简单设备”概念。这意味着像无源布线部件及机箱这样的设备，不会给非易燃性电路带来电能，因此无需修改相关的安全分析即可将其包含在内。
　　总之，随着现场总线在过程控制领域中的迅速使用，对适合危险区域工作的解决方案的需求将会更加强烈。而那些能提供最大灵活性及最低寿命成本的解决方案也将迅速出现。
　　FNICO中包含的非易燃性布线，是一种可实现Division 2布线、且不依赖机械保护或“国家电气编码”的智能及前瞻性途径。尽管人们认为普通Division 2实践已经够用，或者能保持恒定的瓦斯监视，但在用户为其危险区域安全应用寻求一种经过证明的可靠途径时，FNICO将成为优选对象。
　　建立FNICO的速度取决于FNICO技术规范能否被吸纳到国家标准中，以及能否被现场仪表制造商认可。截止2003年3月，FNICO规范草案已提交欧洲及美国的国家认证机构进行正式审查。