分别介绍MTL安全栅的工作原理和作用
分别介绍MTL安全栅的工作原理和作用
提到MTL安全栅的工作原理和作用，必须由隔离器这块开始说起。通常，隔离器是一种线性的电磁隔离原理的隔离模块，我们又称它为信号隔离器，主要是工业控制系统的重要组成部分，被广泛应用于油田、石化、制造、电力、冶金等工控行业的重大工程中。
MTL安全栅的工作原理，安全栅本身是分为检测端和操作端；检测端隔离式安全栅连接危险区的本安仪表或变送器，可向危险区提供工作电源，采样变送器输出信号，变换成用户的线性信号，再输出给安全区域；而操作端隔离式安全栅接收安全场所的电压或电流信号，经过隔离，变换成用户的电压或电流信号，再输出给危险区域；安全栅限制从本安端子窜入危险区的能量
安全栅的原理简单、电路实现容易，低廉，但因由于其自身原理的缺陷使其应用中的可靠性受到很大影响，并限制了其应用范围，其原因如下：
1．安装位置必须有非常可靠的接地系统，并且该齐纳式安全栅的接地电阻必须小于1Ω，否则便失去防爆安全保护性能，显然这样的要求是十分苛刻并在实际工程应用中难以保证。
2．要求来自危险区的现场仪表必须是隔离型，否则通过齐纳式安全栅的接地端子与大地相接后信号无法正确传送，并且由于信号接地，直接降低信号抗干扰能力，影响系统稳定性。
3．齐纳式安全栅对电源影响较大，同时也易因电源的波动而造成齐纳式安全栅的损坏。
安全栅的主要功能就是限制安全场所的危险能量进入危险场所，及限制送往危险场所的电压和电流。齐纳管Z用于限制电压。当回路电压接近安全限压值时，齐纳管导通，使齐纳管两端的电压始终保持在安全限压值以下。电阻R用于限制电流。当电压被限制后，适当选择电阻值，可将回路电流限制在安全限流值以下。
与齐纳安全栅相比，隔离式安全栅除具有限压与限流的作用之外，还带有电流隔离的功能。隔离栅通常由回路限能单元、电流隔离单元和信号处理单元三部分组成，基本功能电路如图2所示。回路限能单元为安全栅的核心部分。此外，辅助有用于驱动现场仪表的回路供电电路和用于仪表信号采集的检测电路。信号处理单元则根据安全栅的功能要求进行信号处理。
工业现场一般需要采用两线制传输方式的配电器，既要为诸如压力变送器等一次仪表提供24V 配电电源，同时又要对输入的电流信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流和电压信号，供后面的二次仪表或其它仪表使用。但一些特殊的工业现场不但需要两线制传输，既提供配电电源又有信号隔离功能，同时还需要具有安全火花型防爆的性能，可靠地防止电源高压与信号之间的混触，利用电流、电压双重化限制回路，把进入危险场所的能量限制在安全定额以下的具有特殊功能的配电器—安全栅。
隔离式安全栅，基本有检测端安全栅和操作端安全栅两种类型。检测端安全栅与两线制变送器配套使用；操作端安全栅与电气转换器或电气阀门配套使用。也有信号输入等类型隔离式安全栅。
由于隔离式安全栅采用了限压、限流、隔离等措施，不仅能防止危险能量从本安端子进入危险现场，提高系统的本安防爆性能，而且还增加了系统的抗干扰能力，大大提高了系统运行的可靠性。 24VDC 电源经DC-AC-DC变换后，输出模块电路所需要的多种电压。
检测端隔离式安全栅的原理是：模块电路将通过本安能量限制电路输入的电流或电压信号转变为0.2-1VDC后，送入模块内进行采集、放大、运算和进行抗干扰处理后，再经变压器调制成输出隔离的电流和电压信号，供后面的二次仪表或其它仪表使用。模块还需输出一个隔离的18.5∽28.5VDC电压，通过本安能量限制电路做为供给两线制变送器的工作电压。本安能量限制电路能限制大电流或高电压的危险信号窜入危险现场。
操作端隔离式安全栅的原理是：将调节器或操作器输出的4-20mA DC信号隔离后再输出4-20mA DC 的信号，通过本安能量限制电路供给电气转换器或现场的电气阀门定位器使用。
ia：在正常工作状态下，1个计数故障或2个计数故障状态下都不会点燃危险气体，回路必须保证在两个计数故障同时出现时仍然保证安全特性。“ia”类电气设备对易于受干扰的元器件必须采用“三重化”设计。“ib”类电气设备只能保证在1个计数故障状态下不会点燃危险气体。
气体组别：
Ⅰ组电气设备：用于易受甲烷影响的煤矿环境中。
Ⅱ组电气设备 ：可用于除煤矿以外的爆炸危险环境中。
Ⅱ组电气设备根据易燃性物质的不同点燃能量进一步细分。
各子组用大写英文字母区分，从下表中可以看出，中国、IEC、欧洲分组标准中ⅡC组所需要的点燃能量少，即在该组电气设备中，ⅡC组设备具备对ⅡA、ⅡB组的通用性。
安全栅是介于现场设备与控制室设备之间的一个限能电路，用来把控制室供给现场仪表的电能量限制在既不能产生足以引爆危险气体的火花，又不能产生足以引爆危险气体的仪表表面温度，从而消除了引爆源。在选择安全栅时必须考虑其型号与现场仪表类型相适应，还须考虑安全栅与本质安全仪表要求相兼容及形成的本安系统中阻抗匹配的问题。我国采用“回路认证”这种方式认证本安系统，即根据危险环境使用仪表的联合取证情况，选择已与其联合取证的安全栅，一经联合取证，现场仪表与安全栅便固定组合构成本安系统。实践中，这种方式对安全栅和现场仪表的选择有很大的局限性。广泛采用是进年来逐渐形成的一种本质安全认证技术，即“参量认证”。按照“参量认证”方式认证的本安设备和关联设备需要一组安全参数，包括：
Vmax― 在正常工作或故障条件下，能接受并能保持其本安性能的高电压。
Imax ―在正常工作或故障条件下，能接受并保持其本安性能的高电流。
Ci―本安现场设备内部未被保护的电容。
Li―本安现场设备内部未被保护的电感。
Pmaxo ―关联设备允许输入的大功率。
“参量认证”关系式为：Vmax>Voc，Imax>Isc，Pmaxi>Pmaxo，Ci+Cc结合“参量认证”可知安全栅的选用：1）与安全栅相连的安全设备的工作电压不得超过安全栅的高允许电压。否则，应采用光电隔离等技术使之与系统隔离开来，或者采用隔离安全栅；2）“参量认证”公式的Vmax，Imax，Pmaxi即为本安现场设备的正常参数，选用时应该逐一对比。3）“参量认证”公式中引入Cc，Lc这两个变量实际是引出了控制电缆的选用问题，从而限制了电缆长度。实际使用中还应考虑阻抗匹配问题。后的公式中，Ra安全栅阻抗，Rl电缆阻抗，安全仪表的允许负载阻抗Ro，对于输出回路，作为安全仪表的调节器或I/O卡的输出通道等，它们的允许负载阻抗是制造厂商提供的。对于输入回路，作为安全仪表的显示仪表或I/O卡的输入通道等，它们的允许负载阻抗取决于其输出电压和现场仪表的无负载工作电压。
提到MTL安全栅的工作原理和作用，必须由隔离器这块开始说起。通常，隔离器是一种线性的电磁隔离原理的隔离模块，我们又称它为信号隔离器，主要是工业控制系统的重要组成部分，被广泛应用于油田、石化、制造、电力、冶金等工控行业的重大工程中。
MTL安全栅的工作原理，安全栅本身是分为检测端和操作端；检测端隔离式安全栅连接危险区的本安仪表或变送器，可向危险区提供工作电源，采样变送器输出信号，变换成用户的线性信号，再输出给安全区域；而操作端隔离式安全栅接收安全场所的电压或电流信号，经过隔离，变换成用户的电压或电流信号，再输出给危险区域；安全栅限制从本安端子窜入危险区的能量
安全栅的原理简单、电路实现容易，低廉，但因由于其自身原理的缺陷使其应用中的可靠性受到很大影响，并限制了其应用范围，其原因如下：
1．安装位置必须有非常可靠的接地系统，并且该齐纳式安全栅的接地电阻必须小于1Ω，否则便失去防爆安全保护性能，显然这样的要求是十分苛刻并在实际工程应用中难以保证。
2．要求来自危险区的现场仪表必须是隔离型，否则通过齐纳式安全栅的接地端子与大地相接后信号无法正确传送，并且由于信号接地，直接降低信号抗干扰能力，影响系统稳定性。
3．齐纳式安全栅对电源影响较大，同时也易因电源的波动而造成齐纳式安全栅的损坏。
安全栅的主要功能就是限制安全场所的危险能量进入危险场所，及限制送往危险场所的电压和电流。齐纳管Z用于限制电压。当回路电压接近安全限压值时，齐纳管导通，使齐纳管两端的电压始终保持在安全限压值以下。电阻R用于限制电流。当电压被限制后，适当选择电阻值，可将回路电流限制在安全限流值以下。
与齐纳安全栅相比，隔离式安全栅除具有限压与限流的作用之外，还带有电流隔离的功能。隔离栅通常由回路限能单元、电流隔离单元和信号处理单元三部分组成，基本功能电路如图2所示。回路限能单元为安全栅的核心部分。此外，辅助有用于驱动现场仪表的回路供电电路和用于仪表信号采集的检测电路。信号处理单元则根据安全栅的功能要求进行信号处理。
工业现场一般需要采用两线制传输方式的配电器，既要为诸如压力变送器等一次仪表提供24V 配电电源，同时又要对输入的电流信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流和电压信号，供后面的二次仪表或其它仪表使用。但一些特殊的工业现场不但需要两线制传输，既提供配电电源又有信号隔离功能，同时还需要具有安全火花型防爆的性能，可靠地防止电源高压与信号之间的混触，利用电流、电压双重化限制回路，把进入危险场所的能量限制在安全定额以下的具有特殊功能的配电器—安全栅。
隔离式安全栅，基本有检测端安全栅和操作端安全栅两种类型。检测端安全栅与两线制变送器配套使用；操作端安全栅与电气转换器或电气阀门配套使用。也有信号输入等类型隔离式安全栅。
由于隔离式安全栅采用了限压、限流、隔离等措施，不仅能防止危险能量从本安端子进入危险现场，提高系统的本安防爆性能，而且还增加了系统的抗干扰能力，大大提高了系统运行的可靠性。 24VDC 电源经DC-AC-DC变换后，输出模块电路所需要的多种电压。
检测端隔离式安全栅的原理是：模块电路将通过本安能量限制电路输入的电流或电压信号转变为0.2-1VDC后，送入模块内进行采集、放大、运算和进行抗干扰处理后，再经变压器调制成输出隔离的电流和电压信号，供后面的二次仪表或其它仪表使用。模块还需输出一个隔离的18.5∽28.5VDC电压，通过本安能量限制电路做为供给两线制变送器的工作电压。本安能量限制电路能限制大电流或高电压的危险信号窜入危险现场。
操作端隔离式安全栅的原理是：将调节器或操作器输出的4-20mA DC信号隔离后再输出4-20mA DC 的信号，通过本安能量限制电路供给电气转换器或现场的电气阀门定位器使用。
ia：在正常工作状态下，1个计数故障或2个计数故障状态下都不会点燃危险气体，回路必须保证在两个计数故障同时出现时仍然保证安全特性。“ia”类电气设备对易于受干扰的元器件必须采用“三重化”设计。“ib”类电气设备只能保证在1个计数故障状态下不会点燃危险气体。
气体组别：
Ⅰ组电气设备：用于易受甲烷影响的煤矿环境中。
Ⅱ组电气设备 ：可用于除煤矿以外的爆炸危险环境中。
Ⅱ组电气设备根据易燃性物质的不同点燃能量进一步细分。
各子组用大写英文字母区分，从下表中可以看出，中国、IEC、欧洲分组标准中ⅡC组所需要的点燃能量少，即在该组电气设备中，ⅡC组设备具备对ⅡA、ⅡB组的通用性。
安全栅是介于现场设备与控制室设备之间的一个限能电路，用来把控制室供给现场仪表的电能量限制在既不能产生足以引爆危险气体的火花，又不能产生足以引爆危险气体的仪表表面温度，从而消除了引爆源。在选择安全栅时必须考虑其型号与现场仪表类型相适应，还须考虑安全栅与本质安全仪表要求相兼容及形成的本安系统中阻抗匹配的问题。我国采用“回路认证”这种方式认证本安系统，即根据危险环境使用仪表的联合取证情况，选择已与其联合取证的安全栅，一经联合取证，现场仪表与安全栅便固定组合构成本安系统。实践中，这种方式对安全栅和现场仪表的选择有很大的局限性。广泛采用是进年来逐渐形成的一种本质安全认证技术，即“参量认证”。按照“参量认证”方式认证的本安设备和关联设备需要一组安全参数，包括：
Vmax― 在正常工作或故障条件下，能接受并能保持其本安性能的高电压。
Imax ―在正常工作或故障条件下，能接受并保持其本安性能的高电流。
Ci―本安现场设备内部未被保护的电容。
Li―本安现场设备内部未被保护的电感。
Pmaxo ―关联设备允许输入的大功率。
“参量认证”关系式为：Vmax>Voc，Imax>Isc，Pmaxi>Pmaxo，Ci+Cc结合“参量认证”可知安全栅的选用：1）与安全栅相连的安全设备的工作电压不得超过安全栅的高允许电压。否则，应采用光电隔离等技术使之与系统隔离开来，或者采用隔离安全栅；2）“参量认证”公式的Vmax，Imax，Pmaxi即为本安现场设备的正常参数，选用时应该逐一对比。3）“参量认证”公式中引入Cc，Lc这两个变量实际是引出了控制电缆的选用问题，从而限制了电缆长度。实际使用中还应考虑阻抗匹配问题。后的公式中，Ra安全栅阻抗，Rl电缆阻抗，安全仪表的允许负载阻抗Ro，对于输出回路，作为安全仪表的调节器或I/O卡的输出通道等，它们的允许负载阻抗是制造厂商提供的。对于输入回路，作为安全仪表的显示仪表或I/O卡的输入通道等，它们的允许负载阻抗取决于其输出电压和现场仪表的无负载工作电压。
