[发明专利]利用非接地能量限制栅的防爆装置

说明书

相关申请的引用

本申请基于2006年1月24日提交的美国临时专利申请No.60/761,801， 该临时专利申请的整体内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明总的来说涉及过程控制系统，更具体地说，涉及在无需常规的本 质安全栅且无需正常情况下所要求的被防爆外壳完全包围的情况下就可以 在危险环境下安全地实施的系统和设备。

背景技术

在一些过程控制应用中，一些过程控制设备可以用在若这些过程控制设 备产生火花或火焰就会呈现巨大爆炸风险的危险环境中。为了在这种危险环 境中安全地操作和进行过程控制，已经开发了用于防止爆炸的标准。两种最 普遍接受的方法是通过为过程控制设备提供防爆外壳，或通过在连接到过程 控制设备的电路中提供本质安全型能量限制，使得无论在正常操作期间还是 设备故障期间，设备都不会产生火花或火焰。

在防爆外壳标准中，设备外壳被配置为防止在外壳内部爆炸或出现火花 的情况下火焰从外壳传播。例如，外壳的壁可以被安全地密封，并且使电力 和通信线通过的外壳壁的开口被配置为防止火焰漏出外壳。为了防止火焰从 开口漏出，可以利用火焰-阻燃剂、防止火焰通过开口的施压灌注材料来填 充或堵塞开口，或者可以将开口配置为提供缝隙，这些缝隙并不提供足够的 使火焰从所述缝隙中逸出的空间。

在本质安全操作标准中，过程控制设备操作时的电压和/或电流被提供 为处于不足以在连接故障或设备的电路故障的情况下产生火花的电平。因 此，操作电压可以被限制在用以防止产生火花的特定最大电压。通过防止产 生火花，本质安全型设备将不会在在正常操作中或出现故障的情况下导致火 灾或爆炸。

尽管在以上描述的标准下操作的过程控制设备提供在危险环境下的必 需的火灾和爆炸安全性，但是这些标准还创建了对在危险区域实施和进行过 程控制的限制。防爆外壳要求非常严格，因此使得难以利用便利的过程控制 和监视特征，例如，LCD显示器、按钮和开关等。这些特征无法在防爆外 壳的外部实施，因此以可利用这些特征的方式来配置防爆外壳是很困难和昂 贵的。本质安全栅通常不需要防爆罩，但是购买和安装这种栅是很昂贵的。 本质安全栅通常需要接地以将可用于潜在故障的能量限制到接地能量。由于 可靠连接到地并不容易可行，这样在很多实施中提供接地并不方便，而且提 供接地可能产生额外的费用。

另外，过程控制系统常规地利用根据这些方法中的一种方法或另一种方 法指定和安装的完全危险区域设备来安装。也就是说，完全防爆或完全本质 安全。这是为了避免由于各种方法所涉及的不同实践所导致的维修人员间的 混淆。防爆方法不需要本质安全栅及其相关的费用，而本质安全方法不需要 沉重的外壳及其相关的访问限制。因此，需要提供更易于访问显示器以及在 使用防爆方法安装时对危险区域安全性的控制的能量受限益处。

在诸如以上描述的过程控制环境中，可以实施被配置为在过程控制环境 中出现紧急事件的情况下就停机的紧急停机(ESD)阀。通常，ESD阀很少 工作(只有在紧急状况下)，并且在打开或不安全的地方可能会被固定。因 此，期望实施测试这种阀的操作以检验它们的状态的方法。在很多当前实施 中，特别是在ESD阀利用防爆安全方法安装在危险环境的情况下，无法容 易地访问阀控制设备以手工控制或测试ESD阀。为了便于更容易地进行更 频繁的阀测试以及阀操作的本地控制，期望实施满足在危险环境中使用的要 求、并能利用防爆安装方法来安装的划算的本地控制面板。

根据实施，可以通过各种源向包括ESD阀的设备供电。在一些安装中， 可以通过诸如24伏DC电力输入之类的典型电源来供电。在其它安装中， 过程控制设备可以从过程控制网络来接收电力，通过该过程控制网络，设备 还可以交换过程控制信息。例如，在4-20mA的网络中，连接到设备的导线 可以向设备供应DC直流电并传达过程控制信号。在一些实施中，例如与 协议相关的实施中，数字通信信号叠加在DC信号上以向设备提供 控制和诊断通信。本领域普通技术人员可认知到，在安装中可能存在各种用 于过程控制设备的电源，因此需要本地过程控制面板来适应不同的电源。进 一步，由于可以在危险环境中实施ESD阀，因此需要提供满足在这种危险 环境中安装的设备的设计标准的、更低成本且容易访问的本地控制面板。

发明内容