[發明專利]具有包含物理層屬性調節器的水檢測單元的IEC 61158-2電路

有效

• 申請號: 201080032034.9
• 申請日: 2010-07-14
• 公開（公告）號: CN102472681A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: R·基特切納爾;G·羅格爾
• 申請（專利權）人: 倍加福有限公司
• 主分類號: G01M3/16
• 分類號: G01M3/16;G01M3/04
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 楊小明

技術領域

本發明涉及用于檢測水進入本質安全區域中的現場設備中的具有包含物理層屬性調節器的水檢測單元的符合IEC?61158-2標準的電路。

背景技術

現場總線(或現場的總線)是現在標準化為IEC?61158的用于實時分布控制的一類工業計算機網絡協議的名稱。例如燃料精煉廠的復雜的自動工業系統通常需要控制器系統的組織層級起作用。在該層級中，在頂端存在操作員可監視或操作所述系統的人機界面(HMI)。這一般通過非時間關鍵的通信系統(例如Ethernet)與可編程邏輯控制器(PLC)的中間層鏈接。在控制鏈的底端，是鏈接PLC與諸如傳感器、致動器、電動機、控制燈、開關、閥和接觸器的實際進行工作的部件的現場總線。

現場總線常常用于例如易燃氣氛的本質安全環境中，特別是用于氣體和/或灰塵的氣體組類別IIC、氫氣和乙炔、以及以下(例如氣體組IIB和IIA)。通過使用現場總線協議，經由常常設置在與電源相同的電路中的電氣通信電路遠程控制和監視這種環境中的現場儀器和設備以驅動現場儀器。

近幾年，用于IEC?61158型網絡的現場總線物理層診斷技術已被成功引入到主流處理工業中。物理層規范被標準化為IEC?61158-2。在典型的電氣通信電路中，作為其負載，存在電源、一些類型的本質安全障礙、引出到現場中的干線部分、以及一個或更多個設備、或者具有與其連接的支線(spur)部分的設備耦合器。設備將使用中的數據信號發送到通常安裝在電路的電源端的非本質安全區域中的控制系統。診斷模塊也被安裝在通常處于與控制系統相同的位置的電路中，并且它通過測量電路和網絡硬件的物理層屬性并部分地測量正使用的物理軟件或協議來工作。

IEC?61158-2負載和/或物理層屬性的變化常常可導致分段失效，并且，診斷模塊被設置以檢測這種變化，使得可以采取補救行動。

水進入現場設備中是一種為了防止由于電解侵蝕導致的現場設備中的電氣端子或線纜的腐蝕而必須被檢測的故障，該故障可最終導致設備失效。在極端的情況下，水或其它的導電流體中的信號線或端子的浸沒可導致迅速的全信號或分段失效。

在任意的情況下，根據EN60529標準，戶外危險區域中的儀器必須被保護為最小IP54，并且，水進入表示其破壞。另外，儀器封裝體內的凝結的水蒸汽通常違反儀器內的濕度要求，因為大多數的規范僅允許95％的相對非凝結濕度。

一般地，現場儀器(設備)具有端子和電子封裝體。外部端子封裝體包含具有至少一個線纜密封套入口的小體積的“O”環密封封裝體，線纜密封套入口一般為2個，其中的一個被封住。電子封裝體不具有線纜入口或者不需要在原位去除蓋子，因此，水進入的可能性低得多。它們常配有封裝的電子器件并且/或者具有帶長的螺紋蓋子的“O”環密封，并且常常能夠滿足IP66～IP68的等級。不幸的是，實際中水常常進入端子封裝體中。

對于系統的每個分段，一般存在達16個儀器。這意味著，與設備耦合器外殼相比，某分段上的至少一個儀器的端子封裝體填充水的可能性非常高。它們需要較少的維護并具有較大的帶排泄設施的封裝體體積。

一種已知的檢測現場設備中的水進入的方式是通過使用通地(earth)漏泄檢測系統檢測接地(ground)故障，并且這種配置在圖1中被示出。在該配置中，電路1包含檢測端子/柱體5和屏蔽6之間的設備4中的導電性3并因此通過導電液體8檢測接地7的通地漏泄檢測系統2。這在與設備電子器件10相鄰的設備封裝體9內發生。

在用于微分變化的測量上，用于接地故障的測量是有利的，原因是它是隨負載變化可辨別的。負載變化和水橋接信號柱5的效果會導致電路1中的類似的微分變化，因此，單純微分測量不會是可靠的。

但是，這些系統具有大量的缺點。首先，它們只能檢測高導電性水的存在。滿足本質安全的要求的線纜長度和電壓限制使得較純的水的檢測變得不可能。申請人以及比如MTL(Cooper?Crouse-Hinds?CO)的其它的公司制造了這種系統，并且，作為例子，MTL?4220產品只能檢測10kΩ或更小的導電性等同值，而對于低激勵檢測電壓下的干凈的雨水和降水，250kΩ～1MΩ或更高的測量是典型的。