[发明专利]具有包含物理层属性调节器的水检测单元的IEC 61158-2电路

说明书

技术领域

本发明涉及用于检测水进入本质安全区域中的现场设备中的具有包含物理层属性调节器的水检测单元的符合IEC 61158-2标准的电路。

背景技术

现场总线(或现场的总线)是现在标准化为IEC 61158的用于实时分布控制的一类工业计算机网络协议的名称。例如燃料精炼厂的复杂的自动工业系统通常需要控制器系统的组织层级起作用。在该层级中，在顶端存在操作员可监视或操作所述系统的人机界面(HMI)。这一般通过非时间关键的通信系统(例如Ethernet)与可编程逻辑控制器(PLC)的中间层链接。在控制链的底端，是链接PLC与诸如传感器、致动器、电动机、控制灯、开关、阀和接触器的实际进行工作的部件的现场总线。

现场总线常常用于例如易燃气氛的本质安全环境中，特别是用于气体和/或灰尘的气体组类别IIC、氢气和乙炔、以及以下(例如气体组IIB和IIA)。通过使用现场总线协议，经由常常设置在与电源相同的电路中的电气通信电路远程控制和监视这种环境中的现场仪器和设备以驱动现场仪器。

近几年，用于IEC 61158型网络的现场总线物理层诊断技术已被成功引入到主流处理工业中。物理层规范被标准化为IEC 61158-2。在典型的电气通信电路中，作为其负载，存在电源、一些类型的本质安全障碍、引出到现场中的干线部分、以及一个或更多个设备、或者具有与其连接的支线(spur)部分的设备耦合器。设备将使用中的数据信号发送到通常安装在电路的电源端的非本质安全区域中的控制系统。诊断模块也被安装在通常处于与控制系统相同的位置的电路中，并且它通过测量电路和网络硬件的物理层属性并部分地测量正使用的物理软件或协议来工作。

IEC 61158-2负载和/或物理层属性的变化常常可导致分段失效，并且，诊断模块被设置以检测这种变化，使得可以采取补救行动。

水进入现场设备中是一种为了防止由于电解侵蚀导致的现场设备中的电气端子或线缆的腐蚀而必须被检测的故障，该故障可最终导致设备失效。在极端的情况下，水或其它的导电流体中的信号线或端子的浸没可导致迅速的全信号或分段失效。

在任意的情况下，根据EN60529标准，户外危险区域中的仪器必须被保护为最小IP54，并且，水进入表示其破坏。另外，仪器封装体内的凝结的水蒸汽通常违反仪器内的湿度要求，因为大多数的规范仅允许95％的相对非凝结湿度。

一般地，现场仪器(设备)具有端子和电子封装体。外部端子封装体包含具有至少一个线缆密封套入口的小体积的“O”环密封封装体，线缆密封套入口一般为2个，其中的一个被封住。电子封装体不具有线缆入口或者不需要在原位去除盖子，因此，水进入的可能性低得多。它们常配有封装的电子器件并且/或者具有带长的螺纹盖子的“O”环密封，并且常常能够满足IP66～IP68的等级。不幸的是，实际中水常常进入端子封装体中。

对于系统的每个分段，一般存在达16个仪器。这意味着，与设备耦合器外壳相比，某分段上的至少一个仪器的端子封装体填充水的可能性非常高。它们需要较少的维护并具有较大的带排泄设施的封装体体积。

一种已知的检测现场设备中的水进入的方式是通过使用通地(earth)漏泄检测系统检测接地(ground)故障，并且这种配置在图1中被示出。在该配置中，电路1包含检测端子/柱体5和屏蔽6之间的设备4中的导电性3并因此通过导电液体8检测接地7的通地漏泄检测系统2。这在与设备电子器件10相邻的设备封装体9内发生。

在用于微分变化的测量上，用于接地故障的测量是有利的，原因是它是随负载变化可辨别的。负载变化和水桥接信号柱5的效果会导致电路1中的类似的微分变化，因此，单纯微分测量不会是可靠的。

但是，这些系统具有大量的缺点。首先，它们只能检测高导电性水的存在。满足本质安全的要求的线缆长度和电压限制使得较纯的水的检测变得不可能。申请人以及比如MTL(Cooper Crouse-Hinds CO)的其它的公司制造了这种系统，并且，作为例子，MTL 4220产品只能检测10kΩ或更小的导电性等同值，而对于低激励检测电压下的干净的雨水和降水，250kΩ～1MΩ或更高的测量是典型的。