huagongshengchanguochengzhongxiangdangdadeyibufenchangsuoweijuyoubaozhaweixianxingqiticunzaideweixianchangsuo
，zidongkongzhixitongzaizheleichanghexiadeyingyongyidingyaozuncongfuhefangbaoanquanjishuguifan。zaibaozhaweixianquneibenzhianquanfangbao（Ex-i）方式是自控設計者經常使用的方法，本安防爆在過程控製係統工程設計
、施工、工程造價以及可操作性和維護性等方麵相對於其他防爆形式（Ex-d、Ex-e
、Ex-m等）具有明顯的優越性。

ximenzidequanjichengyitihuakongzhixitongzaiweixianqudebenanfangbaoyingyongfangshishangjuyouhendadelinghuoxing。juyoudalianganquanfangbaochanpinkegongyonghushejichengweimanzubutongyaoqiudebenanfangbaoxitong
，jidadefangbianleyonghudexuanzeheyingyong，yonghukeyigenjuzijideshijiqingkuanghezijinqingkuangshejijianlizuifuhezijiyaoqiudefangbaokongzhixitong。

本文就西門子防爆係統的幾種應用方式進行了探討和總結
，以求對防爆用戶的設計應用有所幫助啟發。

2.       爆炸性危險場所的劃分  

在危險場所中安全地使用爆炸性環境用電氣設備的前題條件是合理的選擇、正確的安裝和考慮係統日常生產運行時必要的維護。因此應根據其使用所在的危險場所的性質來合理的選擇防爆電氣設備。

危險場所就是由於存在著易燃易爆性氣體、蒸氣、液體、可燃性粉塵或者可燃性纖維而具有引起火災或者爆炸危險的場所。典型的危險場所，如石油化工行業中爆炸性物質的生產、加jia工gong和he貯zhu存cun過guo程cheng中zhong所suo形xing成cheng的de環huan境jing。對dui爆bao炸zha性xing氣qi體ti環huan境jing
，按an場chang所suo中zhong危wei險xian物wu質zhi存cun在zai時shi間jian的de長chang短duan，將jiang爆bao炸zha性xing氣qi體ti環huan境jing危wei險xian區qu域yu劃hua分fen為wei三san個ge區qu，即ji分fen為weiEx.Zone0區、Ex.Zone1區和Ex.Zone2區。

Ex.Zone0區：連續出現或長期出現爆炸性氣體混和物的環境。

Ex.Zone1區：在正常運行時可能出現爆炸性氣體混和物的環境。

Ex.Zone2區：在正常運行時不可能出現爆炸性氣體混和物的環境或即使出現也僅是短時存在的爆炸性氣體混和物的環境。

在工程實踐中，Ex.Zone0區一般隻存在於密閉的容器、貯罐等內部氣體空間，在實際設計過程中Ex.Zone1區也很少存在
，大多數情況屬於Ex.Zone2區。

為wei實shi現xian電dian氣qi設she備bei防fang爆bao
，工gong程cheng上shang采cai取qu了le多duo種zhong防fang爆bao技ji術shu方fang法fa，並bing通tong過guo防fang爆bao認ren證zheng，構gou成cheng防fang爆bao電dian氣qi設she備bei，用yong來lai防fang止zhi爆bao炸zha危wei險xian性xing環huan境jing形xing成cheng及ji其qi爆bao炸zha。主zhu要yao有you隔ge爆bao、本安、增安、正壓、充油
、充砂、無wu火huo花hua型xing等deng形xing式shi的de防fang爆bao電dian氣qi設she備bei。對dui於yu自zi控kong係xi統tong來lai說shuo，最zui常chang見jian的de是shi隔ge爆bao和he本ben安an兩liang種zhong防fang爆bao技ji術shu方fang法fa。本ben安an防fang爆bao技ji術shu又you具ju有you很hen多duo優you點dian
，如ru本ben質zhi安an全quan，結jie構gou簡jian單dan，可ke帶dai電dian檢jian修xiu等deng，在zai過guo程cheng儀yi表biao自zi控kong係xi統tong中zhong是shi第di一yi選xuan擇ze。

benzhianquanxingdianqishebeishicongxianzhidianluzhongdenengliangrushou，tongguokekaodekongzhidianlucanshusheji，jiangqianzaidedianhuohuanengliangjiangdidaokedianranguidingdeqitihunhewunengliangyixia，daoxianjiyuanjian、殼體表麵的發熱溫度也限製在規定的氣體混合物的點燃溫度之下。本質安全防爆型式的設備內部
，所有電路都是由在標準規定條件(包括正常工作和規定的故障條件)下，產生的任何電火花或任何熱效應均不能點燃規定的爆炸性氣體環境的本質安全電路。它又分為“ia”、“ib”兩個等級， “ia”等級電氣設備，是正常工作和施加一個故障和任意組合的兩個故障條件下，均不能引起點燃的本質安全型電氣設備；“ib”等級電氣設備
，是正常工作和施加一個故障條件下

，不能引起點燃的本質安全型電氣設備(參見GB38364標準)。本安防爆形式因對能量有嚴格的限製
，因此隻能應用於弱電設備中，設備其中Ex-ia設備適用於Ex.Zone 0、1、2區或Ex-ib設備適用於Ex.Zone 1、2區。本安防爆設備可以在帶電情況下進行檢修和校準，因此尤其適合過程自控係統應用。

本安防爆技術的優點和特點使得其在過程自動控製領域獲得了越來越廣泛的應用，本文將以自控係統的本安應用作為重點進行討論。

由於近年西門子全集成自動化（TIA）理念在西門子係統中的推廣和應用，西門子SIMATIC係統尤其PCS 7係xi統tong中zhong增zeng添tian了le許xu多duo可ke供gong用yong戶hu選xuan擇ze的de豐feng富fu的de安an全quan防fang爆bao係xi統tong解jie決jue方fang案an
，大da大da加jia強qiang了le其qi在zai安an全quan防fang爆bao領ling域yu的de應ying用yong能neng力li。而er且qie由you於yu本ben質zhi安an全quan型xing現xian場chang總zong線xianPROFIBUS-PA的推廣應用，日臻成熟，為解決傳統的安全防爆係統設計提供了更靈活、可靠的解決方案。本文主要介紹以西門子SIMATIC係統為核心構架完成一個安全防爆係統的幾種典型解決方案。

即傳統DCS/PLC+安全柵方案，見圖1所(suo)示(shi)。這(zhe)類(lei)本(ben)安(an)防(fang)爆(bao)接(jie)口(kou)以(yi)隔(ge)離(li)式(shi)和(he)齊(qi)納(na)式(shi)安(an)全(quan)柵(zha)為(wei)代(dai)表(biao)。應(ying)用(yong)特(te)點(dian)是(shi)本(ben)安(an)防(fang)爆(bao)現(xian)場(chang)儀(yi)表(biao)以(yi)點(dian)對(dui)點(dian)的(de)接(jie)線(xian)方(fang)式(shi)通(tong)過(guo)電(dian)纜(lan)接(jie)至(zhi)安(an)全(quan)區(qu)控(kong)製(zhi)櫃(gui)內(nei)的(de)安(an)全(quan)柵(zha)，安(an)全(quan)柵(zha)再(zai)以(yi)點(dian)對(dui)點(dian)的(de)接(jie)線(xian)方(fang)式(shi)接(jie)至(zhi)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)(DCS／PLC)的通用I/O卡。這是傳統的本安防爆接口技術。

本安防爆I/O卡板解決方案是在DCS／PLC的通用I/O卡ka板ban基ji礎chu上shang增zeng加jia本ben安an電dian路lu，使shi之zhi成cheng為wei本ben安an防fang爆bao卡ka板ban，可ke直zhi接jie與yu現xian場chang兩liang線xian製zhi本ben安an儀yi表biao相xiang連lian接jie
，省sheng卻que安an全quan柵zha環huan節jie
，構gou成cheng本ben安an防fang爆bao控kong製zhi係xi統tong，見jian圖tu2所示。其本質與DCS/PLC+安全柵方案相同，但是減少了安全柵環節
，節省了線路連接點，因此能夠降低係統的故障點。而且這類本安模塊如SIMATIC  S7-300係列的本安防爆式Ex I/O卡板SM322，SM321
，SM331
，SM332等
，其防爆等級為Ex-ibIIC，可以掛接Ex.Zone1區qu內nei的de本ben安an儀yi表biao。由you於yu本ben安an防fang爆bao卡ka板ban使shi用yong了le集ji成cheng安an全quan柵zha技ji術shu，減jian少shao了le隔ge離li式shi和he齊qi納na式shi安an全quan柵zha的de使shi用yong，因yin此ci結jie構gou緊jin湊cou，節jie約yue了le空kong間jian和he費fei用yong。

 

 圖1：點對點接線本安防爆方案

 

即FISCO現場總線解決方案。Fieldbus Instinsicailly Safe Concept Modem現場總線本質安全防爆構想模型簡稱FISCO。FISCO使得PROFIBUS-PA現場總線以本質安全方式安裝使用在Ex-區成為可能，以經濟簡便的方式解決了現場總線的防爆應用問題。FISCO適用於Ex-iaIIC級別的本安防爆方式。PROFIBUS-PA總線既能實現數字通訊（31.25kbps），又可實現對所掛接現場總線儀表的本安供電。西門子PROFIBUS-PA總線防爆係統一般由DP/PA耦合器/鏈接器，本安配電鏈接模塊
，T型總線接頭、PA總線電纜和本安現場總線儀表構成。Bus to Bus方式的應用特點是智能現場總線儀表以總線方式掛接在PROFIBUS-PA上
，經過上述產品
，仍以現場總線方式接至控製係統的現場總線網卡。整個係統的數據信號鏈路用一條雙絞電纜即可構成。

其特點是：直接用於危險區域中的現場總線不僅節省了大量的布線成本，而且也節約了許多傳統方案中必須的I/O 信號的隔離柵
、配電盤和分流器和大量信號電纜，同時節約了大量控製箱櫃空間。此外，還可以省去防爆現場元件的機械保護裝置如雙層絕緣

、附加金屬保護網等，以及在使用非本質安全導線時所需要的防爆鋼管。

FISCO本質安全現場總線（如PROFIBUS-PA）是最新的本安防爆接口技術。

  圖3：Bus to Bus 接線本安防爆方案

 

即本安防爆遠程分布式I/O方案，產品包括總線式隔離安全柵和本安型的分布式I/O模塊。其中極具代表性的是西門子ET200iSP係列本質安全分布式I/O。見圖2所示：ET200iSP本身可以安裝應用在Ex.Zone 1區，通過點對點電纜連接至Ex.Zone 0區的本安儀表。

與從總線到總線(Bus to Bus) 解決方案相比
，其應用特點是：現場儀表仍可以采用傳統4～20mA本安儀表，以點對點的接線方式接至分布式I/O，而分布式I/O向上則以經本安鏈接器485/iS隔離後的PROFIBUS-DP/iS（1.5Mbps）總線方式接至控製係統通信總線或現場總線網卡。ET200iSP不僅具有安全柵功能，為現場回路提供本質安全防爆，而且ET200iSP本身還具有很高的防爆安全等級
，其I/O模塊、電源模塊和網關本身也采用本安防爆（ATEX II 2 G EEx ib IIC T4）。 因而ET200iSP可以直接安裝在Ex.Zone 1區，可對其所有電子模塊（包括電源模塊和總線連接模塊）進行帶電熱插拔維護、操作。顯然，這種本安防爆解決方案中，現場儀表仍可使用傳統的4—20mA儀表。本安防爆遠程分布式I/O方案是能兼顧FISCO現場總線方式和點對點方式兩類應用方案優點的一種中間方案，也是本文將詳細討論的方案。　

除ET200iSP外
，值得一提的是SIMATIC還有防爆ET200M分布式I/O方案可供用戶選擇。ET200M如果選用相應的防爆結構和S7-300係列的防爆Ex I/O卡板後，其本身就構成無火花型防爆形式，可以直接安裝在危險區。但ET200M本身的防爆級別要比ET200iSP低，隻能安裝在增安型(Ex e)保護箱中，用於Ex.Zone 2區。ET200M的數據傳輸采用PROFIBUS-DP
，最高速率可達12 Mbps

，相比ET200iSP的1.5Mbps通訊速率要高。

 

SIMATIC ET-200iSP是用於Ex危險區的分布式I/O係統。使用符合歐洲電工標準委員會標準防爆等級Ex[ia/ib] IIC T4 的新型PROFIBUS分布式外設

，可以安裝於危險區域Ex.Zone 1中，連接來自Ex.Zone 0區的本安信號。ET-200iSP通過本質安全的PROFIBUS-DP/iS總線實現與控製係統的通訊，傳輸速率1.5Mbps。

ET-200iSP 采用位模塊化結構

，如圖5所示：

 

一個SIMATIC ET-200iSP 站點由一個密封電源、一個用於連接PROFIBUS-DP 的接口模塊(可擴展32 塊電子模塊)，和一個總線終端電阻模塊組成。而且，其電源和接口模塊均可進行冗餘配置。

ET-200iSP的防爆電源是一個隔爆Ex-d的供電模塊，由安全總線底板向各電子模塊供電。電源模塊本身的供電通過Ex-e端子實現，在危險區不允許拆開此連接。而且送電電源必須安裝在安全區。

每台ET-200iSP的 PROFIBUS DP接口模塊最多可連接64個模擬信號或128個數字信號。

ET-200iSP的模塊化結構為用戶提供了最大限度的靈活性

，可以連接NAMUR 數字量輸入、電磁閥
、模擬量輸入/ 輸出
、HART 輸入/ 輸出
、熱電耦以及熱電阻等。所有電子模塊均具有本安結構，而且在危險1區可對所有的電子模塊(包括供電及總線連接模塊)帶電進行更換

，即“熱插拔”。

 HART 協議模板可實現與HART儀表的無縫集成。

采用彈簧壓緊或螺釘快速連接現場本安設備。

在SIMATIC ET 200 產品係列中， ET 200M 是主要的分布式I/O係統，與SIMATIC PCS7一起用於過程應用，支持在線修改( 使用有源總線模塊設計)，它可使用豐富的S7-300 I/O 模塊包括S7-300標準信號模塊，冗餘信號模塊，防爆輸入/ 輸出模塊以及符合HART協議的防爆模擬量輸入和輸出模塊。每個ET200M接口模塊最多可以連接8 個I/O 模塊。ET 200M 是在PROFIBUS-DP 現場總線上的從站，最大數據傳輸速率為12 Mbit/s。

 ET200M模塊本身采用無火花型防爆
，即ATEX II 3 G EEx n II A T4，配合增安型防護箱，可安裝在Ex.Zone 2區
，這已可滿足大部分現場機櫃安裝地點的防爆要求
，其連接的本安傳感器/執行器可以用於Ex.Zone 1區。

ET 200M可選用有源總線模板進行配置。在非防爆環境中，允許帶電熱插拔操作，但在危險區使用時不能進行熱插拔維護。

（3）      本安防爆I/O卡板

表1：SIMATIC  S7-300係列的隔離式Ex I/O卡板

類型	規格	防爆級別
Ex SM321	數字量輸入  4×24VDC   ﹤2kHz	Ex-ibIIC
Ex SM322	數字量輸出  4×24VDC或15VDC  ﹤100Hz	Ex-ibIIC
Ex SM331	模擬量輸入  4/8×mA 、mV 、TC、RTD、電阻	Ex-ibIIC
Ex SM332	模擬量輸出  4×mA	Ex-ibIIC

由於ET200iSP直接安裝在Ex.Zone 1區
，進行本安操作需要本安PROFIBUS-DP總線。RS485-IS耦合器是一個“現場總線隔離器”
，非本安的PROFIBUS-DP總線通過RS485-IS耦合器後成為本安的PROFIBUS-DP/iS總線。RS485/IS耦合器對總線進行隔離並限製其能量
，使之處於安全範圍之內，起到了總線中繼和防爆隔離的作用。在危險區內，本安的PROFIBUS-DP/iS可以帶電進行插接操作。

需要注意RS485-IS耦合器本身必須安裝在安全區內。

DP/PA耦合器/鏈接器實現PROFIBUS-DP到本安現場總線PROFIBUS-PA的轉換和連接。PA本安現場總線還可以實現對本安現場總線儀表的饋電。

DP/PA耦合器（Coupler）的主要作用：

實現物理層的轉換，並通過總線向現場儀表供電

實現安全柵隔離功能，使危險區與安全區電氣隔離。

DP/PA鏈接器（Link）的主要作用：

 完成過程儀表與主控製器之間的數據通訊工作，它肩負著主設備和從設備的雙重身份。作為主設備，它控製著內部總線的正常工作；作為從設備
，它又擔負著與上一層總線的通訊任務。

DP/PA 鏈接器是一種非常簡單的網關，它可互連PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA，但去耦傳輸速率。這就意味著PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA可以組合使用
，而不會影響PROFIBUS -DP的性能。

如(ru)果(guo)防(fang)爆(bao)現(xian)場(chang)需(xu)要(yao)更(geng)多(duo)的(de)信(xin)息(xi)顯(xian)示(shi)和(he)操(cao)作(zuo)，在(zai)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)中(zhong)設(she)計(ji)選(xuan)擇(ze)防(fang)爆(bao)操(cao)作(zuo)界(jie)麵(mian)是(shi)非(fei)常(chang)必(bi)要(yao)的(de)。安(an)全(quan)防(fang)爆(bao)操(cao)作(zuo)屏(ping)由(you)於(yu)功(gong)率(lv)較(jiao)大(da)，大(da)多(duo)采(cai)用(yong)隔(ge)爆(bao)形(xing)式(shi)實(shi)現(xian)防(fang)爆(bao)。

5.       西門子本安防爆係統的綜合應用

前文所述4種本安防爆控製係統解決方案有各自的特點和應用場合

，在實踐中均有很多應用實例。而且SIMATIC係統還提供了很大的靈活性，用戶可以很方便的利用一種解決方案組成自己的本安防爆控製係統。因為西門子的集成一體化思想在SIMATIC產品上的充分體現
，我們可以通過一條PROFIBUS-DP現場總線將幾種防爆解決方案統一在一個防爆控製係統中，如圖5所示
，甚至將防爆應用和非防爆應用統一在一個控製係統中。這常見於西門子PCS7係統中多區域
、多場所、多站點的應用。

yinciyonghukeyigenjuzijishengchandetedian，chongfendeliyongbutongfangbaojiejuefangandetedian


，linghuozuhejizhongfangbaojiejuefanganzuchengzijidebenanfangbaokongzhixitong。tu5是西門子SIMATIC本安防爆係統的綜合應用。

  

6.       本安防爆分布式I/O方案應用實例

詳見文後附錄：西門子本安防爆分布式I/O ET200iSP在無菌製藥生產中的應用

7.       應用體會和結論

1)      西門子本安防爆分布式I/O方案的技術優勢

傳統的現場設備和HART現場設備或智能化現場過程設備更適宜通過使用ET200係列分布式I/O 連接到PROFIBUS。這些本安傳感器/ 執行器還可用於Ex.Zone 2、1或0區。這使得分布式過程I/O成為現在的主流產品。

本文認為：由於本安防爆分布式I/O方案能夠兼顧兼顧FISCO現場總線方式和點對點方式兩類應用方案的優點
，能照顧和符合目前大部分用戶的使用、維護水平和要求
，工程投資節約也非常明顯
，因此將得到廣泛應用。采用本安防爆分布式I/O方案的優勢主要體現在以下方麵：

l       與傳統安全柵方案相比

由於減少了電纜和控製係統I/O卡的使用量，從而可節省係統的硬件成本；

本安分布式I/O集成本安電路比原來I/O卡+安全柵的成本低
，而且結構簡單緊湊，占用控製櫃空間小，能使用相應的體積更小的控製櫃，緊湊的結構導致成本大幅度地降低。

由於本安分布式I/O可以直接安裝應用在危險Ex.Zone 2
、1區
，減少了電纜鋪設和接線的工作量，從而可降低工程的施工費用。

集成的總線鏈接器代替過去密集、冗長的電纜，能夠明顯加快安裝調試過程。

由於分布式I/O模塊智能化程度大大提高，更方便用戶的使用和維護。

從控製室到現場本安分布式I/O之間隻有一條總線，一目了然且不容易發生故障並簡化維護。

本安分布式I/O簡單的結構意味著快速的安裝，少量的接線，更少的故障點。

 不依賴於有源的背板總線“熱插技”技術使得ET200iSPdeweihugongzuodadajiangdi。buxuyaojiangzhenggexitongtingjihuoduandianjiukeyizaijimiaozhongneigenghuanyigemokuai。xianghudulidejiexianduanzidibanhedianzimobanjiegoubimianlezhongfujiexiandegongzuo。

l       與現場總線方案相比

可將傳統模擬量信號掛接到現場總線上，這些模擬量信號如4~20mA信號(AI/AO)
、熱電偶和熱電阻信號、NAMUR開關和幹接點信號(DI)

、NAMUR或幹接點頻率量信號(PI)、電磁閥驅動信號及報警輸出信號(DO)等，並不會很快被現場總線完全取代；

與現場總線方案相同也可在一根總線上傳遞多點位的測量和控製信息；

更適應員工素質的逐步提高，既可使用傳統的儀表檢測工具對現場儀表進行維護和檢修，又可使用PC機等智能工具學習現場總線儀表的維護和檢修方法，為今後使用現場總線儀表做準備。

可見，利用西門子本安防爆分布式I/O方fang案an是shi比bi較jiao適shi合he我wo國guo目mu前qian儀yi表biao控kong製zhi係xi統tong發fa展zhan水shui平ping的de一yi種zhong本ben安an防fang爆bao係xi統tong解jie決jue方fang案an，其qi綜zong合he了le傳chuan統tong點dian對dui點dian本ben安an防fang爆bao和he本ben安an現xian場chang總zong線xian這zhe兩liang種zhong方fang式shi的de優you點dian，既ji有you技ji術shu先xian進jin性xing

，又you照zhao顧gu了le傳chuan統tong儀yi表biao的de使shi用yong方fang式shi
，因yin此ci本ben安an防fang爆bao分fen布bu式shiI/O方案具有非常強的技術、經濟優越性，具有非常最大的應用發展空間。

2）西門子本安防爆分布式I/O的適用場合

雖然具有本安防爆功能的分布式I/O技術發展很快，但是什麼樣的防爆場合適用分布式I/O方案仍然是人們經常關心的話題。實踐表明，在以下幾種防爆場合，用戶應考慮采用分布式I/O方案。

當(dang)同(tong)時(shi)建(jian)設(she)幾(ji)個(ge)比(bi)較(jiao)分(fen)散(san)的(de)生(sheng)產(chan)裝(zhuang)置(zhi)時(shi)
，用(yong)戶(hu)既(ji)不(bu)願(yuan)為(wei)每(mei)個(ge)裝(zhuang)置(zhi)都(dou)建(jian)設(she)獨(du)立(li)的(de)主(zhu)控(kong)室(shi)，又(you)不(bu)願(yuan)將(jiang)太(tai)多(duo)的(de)錢(qian)花(hua)在(zai)電(dian)纜(lan)和(he)橋(qiao)架(jia)上(shang)。如(ru)果(guo)這(zhe)些(xie)裝(zhuang)置(zhi)本(ben)來(lai)就(jiu)準(zhun)備(bei)采(cai)用(yong)本(ben)安(an)防(fang)爆(bao)
，選(xuan)用(yong)帶(dai)有(you)本(ben)安(an)防(fang)爆(bao)功(gong)能(neng)的(de)西(xi)門(men)子(zi)SIMATIC ET200iSP
、ET200M係列遠程 I/O便可一舉兩得。

dangzhuyaozhuangzhijinxingjiansheshi
，changyoumouxiefuzhuzhuangzhibunengtongbujianshe
，huozhezhuzhuangzhidemouyibufenbunengtongbujinxing
，shenzhibunengquedingzhexiebufenheshicainengjianshe，ruguoyuliuzhebufendezhukongshikongjianhuoDCS容量，單次投資又太大。此時
，若這些輔助裝置和不確定的部分需要本安防爆
，則可設計采用分布式I/O方案，待進行後期建設時加入主係統即可。

 防爆生產裝置在原有控製係統基礎上改擴建
，尤其工期較緊時。推薦采用防爆分布式I/O方案，這樣可以減少新增點調試時對原係統控製程序的幹擾和誤修改，便於獨立調試。

或是當生產裝置改擴建時，用戶希望避免在已經擁擠的主控室擴充新的 DCS 機櫃和安全柵機櫃。此時，隻要原有的DCS係統具有總線通信能力，便可采用分布式I/O方案。

 當一個裝置的檢測點較多，同時購置大量I/O卡和安全柵成本很高。此時

，較合理的方案就是采用結合I/O卡和安全柵功能為一體的防爆分布式I/O方案。

 dangkongzhixitongcaiyongxianchangzongxianfangan，mouyigefangbaoshengchanzhuangzhideyouxiexianchangyibiaomeiyoubenanxianchangzongxianxingpinzhong
，huozhebuzhidecaiyongxianchangzongxianxingyibiao。zheshikecaiyongnengguajiedaoxianchangzongxianshangqudefangbaofenbushiI/O。

西門子SIMATIC PCS7係統中應用於本安防爆場合的分布式I/O品種已經非常豐富，應用實例也非常多。用戶應結合自己的現場情況和控製應用需要，合理選用分布式I/O，設計出既安全可靠，又節省投資的應用方案。

 

附：西門子本安防爆分布式I/O ET200iSP在無菌製藥生產中的應用

 

華(hua)北(bei)製(zhi)藥(yao)股(gu)份(fen)有(you)限(xian)公(gong)司(si)是(shi)目(mu)前(qian)世(shi)界(jie)上(shang)最(zui)大(da)的(de)抗(kang)生(sheng)素(su)生(sheng)產(chan)製(zhi)造(zao)基(ji)地(di)。其(qi)某(mou)一(yi)無(wu)菌(jun)抗(kang)生(sheng)素(su)提(ti)煉(lian)精(jing)製(zhi)包(bao)裝(zhuang)車(che)間(jian)，生(sheng)產(chan)現(xian)場(chang)既(ji)是(shi)防(fang)爆(bao)區(qu)又(you)是(shi)醫(yi)藥(yao)生(sheng)產(chan)潔(jie)淨(jing)區(qu)
，因(yin)此(ci)根(gen)據(ju)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)和(he)生(sheng)產(chan)線(xian)設(she)備(bei)分(fen)布(bu)特(te)點(dian)，設(she)計(ji)使(shi)用(yong)了(le)以(yi)防(fang)爆(bao)式(shi)遠(yuan)程(cheng)I/O ET200iSP構成控製係統，完成了無菌抗生素晶體的從過濾
、洗滌
、幹燥到分裝包裝全流程的自動化控製。完全符合製藥生產GMP要yao求qiu，具ju有you現xian場chang布bu線xian簡jian潔jie，方fang便bian清qing潔jie無wu死si角jiao，防fang爆bao等deng級ji高gao，控kong製zhi元yuan件jian可ke以yi實shi現xian本ben安an帶dai電dian檢jian修xiu等deng特te點dian，非fei常chang適shi合he在zai無wu菌jun製zhi藥yao生sheng產chan過guo程cheng推tui廣guang。

本項目包括有四台過濾
、洗滌、幹燥三合一大型機組
，由每兩台機組組成一條生產線。生產線具體組成見圖1所示。生產線的設備組成按生產流程順序依次是：罐式三合一幹燥器，全排料管道，排料料倉
，振蕩篩
，稱量分裝裝置等組成。

 

生產線的生產工藝簡介如下：

1)    先密閉整個機組係統
，充入惰性氣體保護，通過進料自動閥門加入抗生素待處理結晶液，達到一定體積量後關閉進料閥。

2)    通入惰性氣體加壓
，通過底部的大型金屬過濾板實現抗生素結晶液的固液分離。

3)    抗生素結晶液固液分離後進行噴淋洗滌。

4)    洗(xi)滌(di)結(jie)束(shu)後(hou)通(tong)過(guo)液(ye)壓(ya)裝(zhuang)置(zhi)下(xia)降(jiang)攪(jiao)拌(ban)裝(zhuang)置(zhi)進(jin)行(xing)攪(jiao)拌(ban)
，並(bing)同(tong)時(shi)利(li)用(yong)攪(jiao)拌(ban)內(nei)部(bu)的(de)加(jia)熱(re)管(guan)路(lu)係(xi)統(tong)加(jia)熱(re)物(wu)料(liao)層(ceng)，並(bing)嚴(yan)格(ge)控(kong)製(zhi)幹(gan)燥(zao)過(guo)程(cheng)溫(wen)度(du)，否(fou)則(ze)會(hui)使(shi)抗(kang)生(sheng)素(su)的(de)降(jiang)解(jie)失(shi)效(xiao)。在(zai)加(jia)熱(re)幹(gan)燥(zao)的(de)同(tong)時(shi)進(jin)行(xing)係(xi)統(tong)抽(chou)真(zhen)空(kong)操(cao)作(zuo)，使(shi)溶(rong)媒(mei)快(kuai)速(su)蒸(zheng)發(fa)。

5)    物料層幹燥合格後（可以取樣檢測），停止真空，進入自動排料程序。

6)    自動排料程序：在排料口通入惰性氣體

，同時在料倉側抽真空
，然後控製攪拌轉速和攪拌葉下降速度進行刮料、送(song)料(liao)動(dong)作(zuo)
，使(shi)粉(fen)狀(zhuang)物(wu)料(liao)快(kuai)速(su)通(tong)過(guo)排(pai)料(liao)閥(fa)進(jin)入(ru)料(liao)倉(cang)
，當(dang)攪(jiao)拌(ban)刮(gua)至(zhi)接(jie)近(jin)金(jin)屬(shu)過(guo)濾(lv)板(ban)層(ceng)時(shi)停(ting)止(zhi)攪(jiao)拌(ban)下(xia)降(jiang)，然(ran)後(hou)噴(pen)吹(chui)惰(duo)性(xing)氣(qi)體(ti)
，將(jiang)底(di)層(ceng)物(wu)料(liao)全(quan)部(bu)吹(chui)至(zhi)料(liao)倉(cang)。

7)    物(wu)料(liao)進(jin)入(ru)料(liao)倉(cang)後(hou)進(jin)行(xing)料(liao)位(wei)檢(jian)測(ce)，並(bing)分(fen)批(pi)下(xia)裝(zhuang)至(zhi)計(ji)量(liang)倉(cang)

，通(tong)過(guo)稱(cheng)量(liang)控(kong)製(zhi)閥(fa)門(men)進(jin)行(xing)分(fen)裝(zhuang)。至(zhi)此(ci)完(wan)成(cheng)抗(kang)生(sheng)素(su)的(de)無(wu)菌(jun)過(guo)濾(lv)，洗(xi)滌(di)
，幹(gan)燥(zao)
，分(fen)裝(zhuang)過(guo)程(cheng)。

三合一生產係統工序流程長，監控點數多
，動作複雜，既有大量開關量聯鎖
、順序控製，又有大量模擬量回路調節；tongshishengchanquanguochengjishijiejingshengchanhuanjing，youshiyiranyibaoweixianhuanjing，jiyouhengaodeanquanxingyaoqiu
，youyoufeichanggaodekongzhijingduyaoqiu。kongzhixitongkeyishixianwanquandezidonghuacaozuokongzhi，xitongzuchengfuza，kongzhixitongshejidegongnengduoyang
，keyiwanchengdegongnengyou：yundongkongzhi
，yeyaxitong
，duoxingqitibaohu，jixiechuandong，bianpintiaosu
，zidongfamenkongzhi，zhengfuyakongzhi
，haiyouyiranyibaoweixianquneidexinxixianshiyucaozuo，xinhaobaokuoliuliang、溫度、壓力
、轉速、扭矩、料位、動態重量等模擬量的實時狀態監測控製，以及機械位置、壓力開關
、流量開關
、料位

、安全保護等開關量。

此生產線的生產現場特殊，要求很高：

1)      醫藥潔淨區，（萬級區~百級區），製藥管理規範GMP要求現場越簡潔越好，便於清潔，免除清潔死角

2)      是防爆區，為Zone1區，含有多種有機溶媒。

3)      全自動化生產線分布很長，很散，跨越幾個隔離間
， GMP要求現場管線越少越好

4)      機組本身控製點分布特點是：分布區域大，但每個區域內信號點集中，適合I/O分布式信號處理。

5)      生sheng產chan操cao作zuo複fu雜za
，需xu要yao人ren工gong幹gan預yu生sheng產chan階jie段duan的de結jie束shu和he開kai始shi，操cao作zuo信xin息xi非fei常chang多duo
，同tong時shi機ji械xie安an全quan操cao作zuo要yao求qiu必bi須xu在zai現xian場chang操cao作zuo設she備bei
，不bu得de遠yuan程cheng控kong製zhi，因yin此ci現xian場chang必bi須xu設she置zhi大da信xin息xi量liang的de防fang爆bao、潔淨操作界麵。

這些控製特點和要求，因此非常適合采用西門子防爆遠程I/O方案解決以上問題。因此，按照生產線功能流程和儀表信號的位置分布可以將係統劃分為6個功能部分
，分別見圖1中所示各位置功能單元：

1)      三合一罐體上部

2)      三合一罐體下部底盤開合操作區

3)      信息顯示與操作單元

4)      料倉區

5)      振蕩篩部分

6)      自動稱量、分裝單元

7)      控製室控製櫃

控製係統采用西門子SIMATIC S7300 PLC作為主控器
，采用PROFIBUS-DP作為控製
、通訊網絡，現場按照控製點的區域位置分布設置西門子防爆式遠程I/O模塊 ET200iSP，現場采用防爆操作屏BARTEC VGA作為人機操作界麵，並在控製室開發具有集中管理功能的WINCC工作站作為遠端管理站。

本項目中的係統結構圖如下：

  

圖2：三合一生產線控製係統結構圖

1)      安全保護功能。惰性氣體保護裝置，各種安全聯鎖，狀態位置監測聯鎖，流程條件的連鎖

，順序控製等。

2)      係統測控部分為本安係統。分布在.現場的機械開關
，接近開關
，溫度、壓力變送器，這些自控設備全部為本安防爆型，信號通過現場本安防爆遠程I/O模塊 ET200iSP進行彙總處理，弱電控製部分均為本質安全回路，安全等級達到Ex ia IIC T6。所以可以在生產現場進行帶電信號檢修，大大方便了設備的維護，減少設備故障檢修時間。

3)      現場I/O模塊設置在RITTAL增(zeng)安(an)型(xing)儀(yi)表(biao)箱(xiang)中(zhong)
，布(bu)線(xian)簡(jian)潔(jie)
，與(yu)傳(chuan)統(tong)點(dian)對(dui)點(dian)防(fang)爆(bao)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)現(xian)場(chang)布(bu)線(xian)方(fang)式(shi)相(xiang)比(bi)，省(sheng)卻(que)了(le)大(da)量(liang)電(dian)纜(lan)保(bao)護(hu)管(guan)，有(you)效(xiao)保(bao)證(zheng)了(le)現(xian)場(chang)環(huan)境(jing)的(de)簡(jian)潔(jie)易(yi)於(yu)清(qing)潔(jie)，減(jian)少(shao)死(si)角(jiao)，充(chong)分(fen)符(fu)合(he)製(zhi)藥(yao)GMP規範。

4)      信號采集采用1.5M的通訊速率，速度極快。控製係統包括大量開關量
、模擬量的邏輯聯鎖、順序控製
、混合控製，實時安全。

5)      實現在防爆現場的複雜操作控製。利用全集成自動化的優勢
，采用智能防爆型BARTEC操cao作zuo顯xian示shi屏ping，實shi現xian了le機ji組zu的de複fu雜za操cao作zuo和he各ge種zhong狀zhuang態tai信xin息xi顯xian示shi
，而er且qie隻zhi需xu一yi根gen電dian源yuan線xian和he兩liang芯xin屏ping蔽bi雙shuang絞jiao通tong訊xun總zong線xian即ji可ke完wan成cheng連lian接jie，省sheng卻que複fu雜za的de現xian場chang布bu線xian和he龐pang大da的de隔ge爆bao操cao作zuo盤pan。

6)      模擬量的回路自控。可以進行溫度的調節、物位的調節、倉體壓力的調節、攪拌轉速的調節

、扭矩的調節
、精確分裝重量的調節
、攪拌升降位置設定，SIMATIC控製係統可以達到很高的控製精度。

7)      係統采用防爆遠程I/O單元式結構
，因此實現了單元分步驟調試，調試任務清晰
，加快了係統投運速度。

在無菌抗生素生產線控製係統中，本安防爆遠程I/O模塊 ET200iSP的使用
，完全適合了無菌製藥環境要求，安全防爆

，布線簡潔，易於清潔，完美實現了各項功能。控製係統通過PROFIBUS-DP現場總線將模擬、shuzikongzhi，chuandongkongzhi，anquanfangbaocaozuoxianshi，guochengxinxiguanlidengzhuduogongnenghenfangbiandetongyizaiyiqi，jianshaoleguzhangdian
，tigaolexitongzhengtixingneng，weiyonghuchuangzaolejiazhi。