探秘MACX MCR-EX-SD-21-25-LP(-SP)本安型电磁阀驱动器

一、引言

在工业自动化领域，对于危险区域的设备控制，安全性和可靠性是至关重要的。本安型电磁阀驱动器作为关键设备，能够确保在易燃易爆环境下稳定、安全地工作。今天，我们就来深入了解一下 PHOENIX CONTACT 公司的 MACX MCR-EX-SD-21-25-LP(-SP) 本安型电磁阀驱动器。

文件下载：2865492.pdf

二、产品概述

MACX MCR-EX-SD-21-25-LP(-SP) 专为控制安装在防爆区域的本安型电磁阀、报警变送器和指示器而设计。它的本安输出电路具有线性特性曲线，电流限制为 25 mA，所需功率通过输入侧的控制信号提供，且输入和输出相互电气隔离。该设备可安装在 2 区，防护类型为 “n”（EN 60079 - 15）。

产品特性

1. 单通道设计：简单高效，适用于单一控制需求。
2. 环路供电：无需额外电源，降低了系统复杂度和成本。
3. 电流限制：最大电流限制为 25 mA，确保安全稳定运行。
4. 输出 [Ex ia] IIC：适用于 IIC 类气体环境。
5. 2 区安装：满足特定危险区域的使用要求。
6. 双向电气隔离：有效防止干扰和故障传播。
7. SIL 3 认证：符合 EN 61508 标准，具备高安全完整性等级。
8. 连接方式多样：有螺丝连接（MACX MCR-EX-SD-21-25-LP）和弹簧笼式连接（MACX MCR-EX-SD-21-25-LP - SP）两种选择。

三、技术参数

输入参数

• 输入电压：20 V DC … 30 V DC
• 输入电流：10 mA ... 70 mA（Ue = 24 V DC 时为 45 mA）

输出参数

• 输出类型：本安型，防护类型 Ex - i [Ex ia] IIC
• 电流限制：25 mA
• 输出电压：5.5 V DC（25 mA 时）
• 空载电压：21.4 V DC
• 内阻：641 Ω
• 短路保护：具备短路保护功能
• 响应时间：20 ms

其他参数

• 供电类型：环路供电
• 功率损耗：< 1 W
• 最大温度系数：0.01%/K
• 电气隔离：输入/输出 300 V rms（额定绝缘电压，浪涌电压类别 II，污染等级 2，符合 EN 61010、EN 50178 的安全隔离）
• 测试电压：输入/输出 375 V（峰值，根据 EN 60079 - 11），2.5 kV AC（50 Hz，1 min）
• 环境温度：工作温度 - 20°C ... + 60°C（任意安装位置），存储/运输温度 - 40°C ... + 80°C
• 湿度：10% ... 95%（无冷凝）
• 状态指示灯：黄色 LED，输出电路激活时亮起
• 防护等级：IP20
• 外壳材料：PBT
• 颜色：绿色
• 尺寸：12.5 mm x 114.5 mm x 104 mm（带连接端子块）
• 易燃性等级：UL 94 V0
• 认证：符合 EMC 指令 2004/108/EC（EN 61000 - 6 - 2、EN 61000 - 6 - 4、EN 61326 - 1），Ex 指令（ATEX）（EN 60079 - 0、EN 60079 - 11、EN 60079 - 15），UL/CUL、ATEX、IECEx 等认证正在申请中，具备 SIL 3 功能安全认证。

四、安全法规与安装注意事项

安装与操作

• 必须由合格的专业人员进行安装、操作和维护。
• 遵守适用的安全指令（包括国家安全指令）、事故预防法规和一般技术法规。
• 不得访问设备内部电路，如需维修，应更换等效设备，维修只能由制造商进行。
• 设备在安装在潜在爆炸区域外、环境清洁干燥的情况下，可满足 IP20 防护要求。如需在其他环境使用，应安装在符合 IEC 60529 标准的合适外壳中，以防止机械和电气损坏。

潜在爆炸区域安装安全法规

• 进行本安侧测量时，必须遵守有关本安设备连接的相关规定，仅使用经批准用于本安电路的设备。
• 若设备曾用于非本安电路，则不得再用于本安电路，并明确标记为非本安模块。
• 设备适用于 2 区安装，需遵守潜在爆炸区域的使用条件，安装在防护等级至少为 IP54 的合适外壳中，如符合 IEC 60079 - 14/EN 60079 - 14 要求的 3 mm 壁厚钢外壳。
• 在插拔设备或连接/断开非本安电路电缆前，必须断开块电源。
• 仅使用 3G 类 MACX MCR - EX 模块（ATEX 94/9/EC）。
• 设备不适合安装在有粉尘爆炸危险的区域，在有粉尘爆炸危险区域（20、21 和 22 区）连接本安电路时，仅允许连接经该区域批准的设备（如 1D、2D 或 3D 类）。

安全相关应用（SIL 3）

在安全相关应用中使用 MACX MCR - EX - SD - 21 - 25 - LP(-SP) 时，需遵守第 8 节的说明，因为安全相关功能的要求不同。

五、安装步骤

静电防护

设备包含易受静电放电损坏的组件，处理设备时，应根据 EN 61340 - 5 - 1 和 EN 61340 - 5 - 2 采取必要的静电放电（ESD）安全预防措施。

基本电路图

参考图 2 基本电路图进行连接。

外观设计

了解设备的外观设计，如插头式 COMBICON 螺丝端子块（MACX MCR - EX - SD - 21 - 25 - LP - SP 为弹簧笼式端子块）、LED 状态显示、金属锁和 DIN 导轨连接器连接选项等。

尺寸

参考图 4 了解设备的尺寸。

安装

• 若设备曾用于非本安电路，不得再用于本安电路，并明确标记为非本安模块。
• 将设备安装在符合 EN 60715 标准的 35 mm DIN 导轨上。使用 DIN 导轨连接器（ME 6.2 TBUS -... ，订单号 2869728）时，先将其插入 DIN 导轨，用于错误信息传输。
• 注意模块和 DIN 导轨连接器的安装方向，确保卡扣脚在下方（2），连接器在左侧（1）。
• 设备为环路供电，无需单独电源，但可单独卡扣在为非环路供电的 MACX MCR - EX 模块供电的 DIN 导轨连接器上。
• 将模块安装在合适的外壳中，以满足防护等级要求。
• 启动前，检查电磁阀驱动器的运行和接线是否正确，特别是本安电路的接线和标记。

电缆连接

• 对于 MACX MCR - EX - SD - 21 - 25 - LP，使用插头式螺丝端子块，绞合线需配备套圈；对于 MACX MCR - EX - SD - 21 - 25 - LP - SP，使用插头式弹簧笼式端子块，绞合线同样需配备套圈。
• 本安和非本安电缆应分开铺设。
• 允许的电缆横截面积为 0.2 (mm^{2}) 至 2.5 (mm^{2})。
• 螺丝连接：将电线插入相应的连接端子块，使用螺丝刀拧紧端子块上方开口处的螺丝。
• 弹簧笼式连接：将螺丝刀插入连接端子块上方的开口，插入电线。

六、安全数据比较

在将位于本安区域的设备连接到 MACX MCR - EX - SD - 21 - 25 - LP(-SP) 之前，需比较安全数据。

安全数据要求

• 现场设备：(U{i})、(I{i})、(P{i})、(L{i})、(C_{i})
• 电磁阀驱动器：(U{o})、(I{o})、(P{o})、(L{o})、(C_{o})

  本安要求（简单电路）

• (U{i} geq U{o})
• (P{i} geq P{o})
• (L{i}+L{c} leq L_{o})
• (C{i}+C{c} leq C{o})（(L{c}) 和 (C_{c}) 取决于所使用的电缆/线路）

七、阀门电路计算

连接电磁阀时，除比较安全数据外，还需进行测量计算。

相关参数

• (R_{i})：电磁阀驱动器内阻
• (U_{V})：电磁阀驱动器空载保证电压
• (I_{V})：电磁阀驱动器可提供的最大电流
• (R_{C})：连接电磁阀驱动器和阀门时的最大允许电缆电阻
• (R_{SV})：电磁阀有效线圈电阻（线圈铜电阻取决于温度）
• (I_{SV})：电磁阀线圈使阀门紧密关闭所需的电流
• (U{SV})：通过 (I{SV}) 时线圈两端的电压

计算方法

可根据公式 (R{C}=frac{U{V}}{I{SV}} - R{i} - R{SV}) 计算允许的电缆电阻，计算 (R{C}) 时，应考虑实际电缆电阻为 +25 Ω。若计算结果为负电阻，则无法保证成功连接。功能要求为 (I{V} ≥I{SV}) 且 (R_{C}>0 Omega)。可从下载中心（www.download.phoenixcontact.com）获取合适阀门的列表。

八、安全相关应用（SIL 3）

响应时间

输入状态改变后，输出在 ≤ 20 ms 内进入安全状态。

安全功能操作模式

按照 EN 61508 标准，操作模式为 “低需求模式”。

故障行为和所需响应

1. 输入电压故障时进入安全状态。
2. 移除设备连接端子块可达到安全状态。

安全完整性要求

• 故障类型：A 类设备（根据 EN 61508 - 2）

• 安全完整性等级：SIL 3	λ SAFE	λ DANGEROUS	SFF	DC S	DC D
  284 FIT	0 FIT	100%	0%	0%
  T[PROOF]	1 年	5 年	10 年
  PFD AVG	0	0	0

由于 (PFD AVG) 值为 0，虽无需定期进行验证测试，但仍建议进行（见 8.5 节）。故障限制基于低需求模式，设备在整个安全回路中 PFH/PFD 的百分比为 10%。

验证测试

即使 (PFD AVG) 值为 0，仍建议结合整个安全回路检查阀门燃烧器的功能。

1. 采取适当措施防止误操作，避免验证测试影响系统其他区域（如将控制系统设置为测试模式）。
2. 输入施加 20 V 至 30 V 电压时，检查输出端子块是否可测量到 > 0 的电压，同时现场设备应同时切换。
3. 恢复安全电路的全部功能。
4. 恢复正常运行。

九、总结

MACX MCR - EX - SD - 21 - 25 - LP(-SP) 本安型电磁阀驱动器凭借其高安全性、可靠性和良好的性能，为工业自动化中危险区域的设备控制提供了优秀的解决方案。在使用过程中，严格遵守安全法规和安装注意事项，进行合理的电路计算和验证测试，能够确保设备的稳定运行，保障生产安全。你在实际应用中是否遇到过类似设备的安装和使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。