Pepperl+Fuchs KCD2-STC-Ex1: Przegląd techniczny i zastosowania

Pepperl+Fuchs KCD2-STC-Ex1 to jednokanałowa bariera izolacyjna przeznaczona do współpracy z 2-przewodowymi przetwornikami SMART i źródłami prądowymi w systemach automatyki przemysłowej. Ten moduł kondycjonowania sygnału zapewnia izolację elektryczną między urządzeniami polowymi zlokalizowanymi w strefach zagrożonych wybuchem a urządzeniami systemu sterowania w strefach bezpiecznych, zapewniając niezawodną transmisję sygnału przy jednoczesnym zachowaniu standardów bezpieczeństwa iskrobezpiecznego. Dzięki kompaktowej obudowie o szerokości 12,5 mm i możliwości montażu na szynie DIN, urządzenie oferuje elastyczne opcje integracji dla projektów paneli sterowania.

Specyfikacje techniczne i zasady działania

KCD2-STC-Ex1 działa na zasilaniu 24V DC z szerokim zakresem napięcia wejściowego 19-30V DC i charakteryzuje się niskim poborem mocy ≤1,1W w normalnych warunkach. Moduł akceptuje analogowe sygnały wejściowe 4-20mA z urządzeń polowych i zapewnia izolowane wyjścia w postaci sygnałów prądowych 4-20mA lub napięciowych 1-5V, z możliwością konfiguracji wyjścia za pomocą wewnętrznych przełączników DIP. Urządzenie wykorzystuje zaawansowaną technologię przetwarzania sygnału, która konwertuje sygnały wejściowe do formatu cyfrowego w celu izolacji, a następnie ponownie konwertuje je na wyjścia analogowe, osiągając wysoką dokładność z odchyleniem mniejszym niż 0,1% pełnej skali w temperaturze 20°C.

Ta bariera izolacyjna wykorzystuje wiele mechanizmów ochronnych, w tym diody Zenera do ograniczania napięcia i rezystory do ograniczania prądu, zapewniając, że energia przenoszona do stref zagrożonych wybuchem pozostaje w bezpiecznych granicach. Izolacja elektryczna między obwodami wejście/wyjście, wejście/zasilanie i wyjście/zasilanie jest zgodna z normami IEC/EN61010-1, z znamionowym napięciem izolacji 300Veff. Moduł obsługuje protokół komunikacyjny HART za pośrednictwem dedykowanych zacisków, umożliwiając dwukierunkową komunikację cyfrową z inteligentnymi urządzeniami polowymi bez przerywania sygnału analogowego.

Certyfikaty bezpieczeństwa i zgodność

KCD2-STC-Ex1 spełnia wymagania poziomu integralności bezpieczeństwa SIL 2 zgodnie z normą IEC/EN 61508, z certyfikatem Systematic Capability (SC) 3, co czyni go odpowiednim dla systemów bezpieczeństwa w przemyśle procesowym. Certyfikat ten zapewnia, że urządzenie zapewnia niezawodną ochronę przed potencjalnymi wybuchami w strefach zagrożonych wybuchem, gdzie mogą występować łatwopalne gazy lub pyły. Podejście bezpieczeństwa iskrobezpiecznego wdrożone w projekcie umożliwia konserwację i kalibrację podłączonego sprzętu polowego bez konieczności wyłączania zasilania w strefach zagrożonych wybuchem, co znacznie skraca przestoje i poprawia wydajność operacyjną.

Funkcje instalacji i konfiguracji

Instalacja KCD2-STC-Ex1 jest uproszczona dzięki technologii połączeń ze sprężynowymi zaciskami, która obsługuje okablowanie push-in dla szybszego montażu. Moduł jest przeznaczony do montażu na standardowych szynach DIN 35 mm zgodnie ze specyfikacją EN 60715:2001, o kompaktowych wymiarach 12,5 × 114 × 122 mm (0,5 × 4,5 × 4,8 cala). Elastyczność konfiguracji uzyskuje się dzięki ustawieniom przełączników DIP, które pozwalają użytkownikom na wybór między różnymi trybami pracy, w tym źródłem prądowym, odbiornikiem prądowym i konfiguracjami wyjścia napięciowego dla każdego kanału. Domyślne ustawienie fabryczne konfiguruje oba wyjścia jako tryb źródła prądowego, co jest najczęstszym wymaganiem aplikacji.

Zastosowania przemysłowe i integracja systemowa

Ta bariera izolacyjna jest szczególnie cenna w takich branżach jak ropa i gaz, przetwórstwo chemiczne, farmaceutyka i wytwarzanie energii, gdzie bezpieczeństwo iskrobezpieczne jest najważniejsze. Typowe zastosowania obejmują interfejs z przetwornikami ciśnienia, czujnikami temperatury, przepływomierzami i innymi 2-przewodowymi urządzeniami polowymi zlokalizowanymi w sklasyfikowanych strefach zagrożonych wybuchem. Moduł umożliwia bezproblemową integrację między urządzeniami polowymi a systemami sterowania, w tym DCS (Rozproszone Systemy Sterowania), PLC (Programowalne Kontrolery Logiczne) i systemami SCADA (Systemy Nadzoru, Sterowania i Akwizycji Danych).

Możliwość kondycjonowania sygnału KCD2-STC-Ex1 zwiększa dokładność pomiaru, chroniąc przed pętlami uziemienia i zakłóceniami elektromagnetycznymi, co jest szczególnie ważne podczas przesyłania sygnałów analogowych niskiego poziomu na duże odległości z pola do sterowni. Szybki czas reakcji urządzenia z czasem narastania/opadania ≤10ms i czasem ustalania ≤50ms zapewnia minimalne opóźnienie sygnału w krytycznych aplikacjach sterowania procesem. Z pasmem 0-3kHz (-3dB), moduł zachowuje integralność sygnału dla dynamicznych zmiennych procesowych, jednocześnie filtrując szumy o wysokiej częstotliwości.

Zalety porównawcze w stosunku do alternatywnych rozwiązań

W porównaniu z barierami Zenera, bariera izolacyjna KCD2-STC-Ex1 oferuje lepszą wydajność dzięki pełnej izolacji galwanicznej między obwodami polowymi i sterującymi. Ta izolacja eliminuje potrzebę stosowania specjalnych systemów uziemiających wymaganych przez bariery Zenera i umożliwia podłączenie uziemionych urządzeń polowych bez tworzenia pętli uziemienia, które mogą pogorszyć dokładność sygnału. Możliwości konwersji i kondycjonowania sygnału zapewniają dodatkową funkcjonalność wykraczającą poza podstawowe ograniczenie energii, co sprawia, że bariera izolacyjna jest bardziej kompleksowym rozwiązaniem pomimo wyższego kosztu początkowego.

Pepperl+Fuchs, z siedzibą w Mannheim w Niemczech, wnosi dziesięciolecia doświadczenia w technologii czujników przemysłowych i interfejsów do projektu KCD2-STC-Ex1. Należy zauważyć, że chociaż standardowy model KCD2-STC-Ex1 pozostaje dostępny, Pepperl+Fuchs wskazał, że wariant KCD2-STC-Ex1.SP nie jest już sprzedawany komercyjnie, a dla bieżących projektów dostępne są produkty następcze. Odzwierciedla to podejście firmy do ciągłego ulepszania produktów przy jednoczesnym utrzymaniu wsparcia dla istniejących instalacji.