Изолирующий барьер безопасности

Когда слышишь про изолирующий барьер безопасности, первое, что приходит в голову — это какая-то абстрактная защита от помех. Но на деле, если работал с системами управления на химическом производстве, понимаешь, что это буквально барьер между нормальной зоной и взрывоопасной. И ошибка в выборе может стоить не просто сбоя в данных, а реальной аварии.

Почему барьер — не просто переходник

У нас в ООО Шанхай Кэньчуань Прибор были случаи, когда клиенты ставили дешёвые китайские аналоги барьеров на линию с датчиками давления в зоне с метаном. Через полгода — внезапный скачок показаний, причём не по одному каналу. Разбирались неделю: оказалось, изоляция в барьере не выдержала перепадов температуры, начался пробой.

Важно не путать изолирующий барьер безопасности с обычным преобразователем сигнала. Последний может изолировать помехи, но не гарантирует ограничение энергии в опасной зоне. Барьер же физически не пропустит ток выше расчётного значения, даже если внутри него произойдёт короткое замыкание.

Кстати, сейчас многие пытаются ставить универсальные барьеры на все типы сигналов — и с аналоговым 4-20 мА, и с HART. Но если сигнал HART используется для частой калибровки, нужно смотреть на ёмкостные характеристики барьера. Один раз на установке измерения уровня радарным уровнемером из-за неподходящего барьера команды с HART доходили с задержкой в 2 секунды. Пришлось менять всю партию.

Особенности подключения к датчикам давления

С нашими датчиками давления серии KCP-320 иногда возникает нюанс: если датчик двухпроводной, барьер должен быть рассчитан именно на такое подключение. Как-то на азотной станции подключили через барьер для четырёхпроводной схемы — датчик работал, но при скачках напряжения в сети начал выдавать случайные выбросы. Причина — несовпадение импедансов.

Ещё момент: если датчик установлен в зоне с возможным прямым воздействием пламени (например, возле горелки), барьер нужно брать с запасом по температуре. Стандартные обычно до 85°C, но у нас есть модели, которые держат до 110°C. Это важно, потому что в летнюю жару в цеху температура у потолка может достигать 60°C, плюс нагрев от самой аппаратуры.

Кстати, про взрывозащиту. Барьер сам по себе должен иметь маркировку Ех-защиты. Но если он установлен в шкафу с другой аппаратурой, нужно учитывать суммарное тепловыделение. Один раз видел, как в плотном шкафу барьер перегрелся и отключился — хотя по отдельности все устройства укладывались в нормы.

Совместимость с радарными уровнемерами

С радарными уровнемерами KCR-880 история особая. У них выходной сигнал обычно 4-20 мА, но есть ещё частотный выход для точных измерений. Если барьер не пропускает высокие частоты — теряется точность. Как-то на резервуаре с мазутом поставили барьер только для аналогового сигнала, а частотный выход подключили напрямую. Через месяц помехи от частотного канала начали влиять на аналоговый.

При выборе барьера для радарного уровнемера нужно смотреть не только на параметры сигнала, но и на наличие гальванической развязки по питанию. Радарники чувствительны к скачкам в цепи питания, и если барьер не стабилизирует питание должным образом — будут постоянные сбои.

Заметил, что некоторые импортные барьеры плохо работают с нашими радарными уровнемерами в условиях сильных вибраций. Видимо, сказывается разница в стандартах проектирования. Пришлось разрабатывать свой вариант крепления — с дополнительными амортизаторами.

Ошибки при интеграции с системами управления

Самая частая ошибка — неправильное заземление барьеров. Если их все посадить на одну шину заземления, возникает контур заземления. На одном из объектов из-за этого постоянно плавали показания с магнитных перекидных уровнемеров. Решили только после того, как развели заземления барьеров по группам.

Ещё момент: при подключении к АСУ ТП барьеры нужно размещать как можно ближе к источнику сигнала. Если барьер стоит в 20 метрах от датчика, а потом ещё 50 метров до контроллера — на длинном участке могут наводиться помехи, несмотря на защиту.

Кстати, про наши интегрированные датчики температуры KCT-500: с ними барьеры ведут себя не всегда предсказуемо. Особенно если датчик с термопарой — там малые напряжения, и барьер должен иметь высокую входную чувствительность. Обычные барьеры иногда 'не видят' перепада в 0.5 мВ, что для термопары критично.

Практические наблюдения с электромагнитными расходомерами

С электромагнитными расходомерами KCE-700 ситуация интересная: они создают собственные электромагнитные помехи. Если барьер не экранирован должным образом, эти помехи могут влиять на соседние каналы. Приходится либо ставить барьеры в отдельный экранированный бокс, либо использовать модели с улучшенной EMI-защитой.

Заметил, что для расходомеров лучше работают барьеры с быстрым временем отклика. Особенно если измеряется поток с пульсациями — стандартные барьеры иногда 'не успевают' за изменениями сигнала, появляется запаздывание на 0.5-1 секунду.

И ещё: при монтаже барьеров для расходомеров нужно избегать близкого расположения к силовым кабелям. Даже если барьер экранирован, индукционные наводки от кабелей на 380В могут создавать проблемы. Оптимально — расстояние не менее 50 см.

Что в итоге

Сейчас на сайте https://www.kenchuang.ru мы приводим технические требования к барьерам для каждого типа приборов. Но жизнь всегда вносит коррективы — то условия эксплуатации оказываются жёстче, то соседнее оборудование создаёт непредвиденные помехи.

Главный вывод за годы работы: изолирующий барьер безопасности — это не просто 'коробочка в схеме', а элемент, который нужно подбирать и проверять в конкретных условиях. И иногда лучше перестраховаться и взять барьер с запасом по параметрам, чем потом разбираться с последствиями.

Кстати, недавно был случай на нефтеперерабатывающем заводе: поставили барьеры с запасом по току, но не учли, что в зоне возможны гидроудары. Вибрация от гидроударов вызвала микротрещины в пайке — барьеры вышли из строя через три месяца. Пришлось переделывать с дополнительной виброзащитой.