深入解析MACX MCR-EX-SD-24-48-LP(-SP)本安型电磁阀驱动器

引言

在工业自动化和过程控制领域，对于在危险环境中使用的设备，安全性和可靠性是至关重要的。MACX MCR-EX-SD-24-48-LP(-SP)本安型电磁阀驱动器就是这样一款为满足特定需求而设计的产品。它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，下面我们就来详细了解一下这款产品。

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产品概述

基本设计与功能

MACX MCR-EX-SD-24-48-LP(-SP) 是一款单通道、环路供电的电磁阀驱动器，其本安型输出电路具有线性特性曲线，电流限制为 48 mA。所需的功率通过输入侧的控制信号提供，并且输入和输出之间实现了电气隔离，可安装在 2 区，防护类型为“n”（EN 60079 - 15）。

产品特性

• 单通道设计：专注于单一通道的控制，确保信号传输的稳定性和准确性。
• 环路供电：无需额外的电源供应，简化了系统的布线和设计。
• 电流限制：最大电流限制为 48 mA，保障了设备的安全运行。
• 本安输出：输出符合 [Ex ia] IIC 标准，适用于 IIC 组气体环境。
• 电气隔离：输入和输出之间实现了 2 路电气隔离，提高了系统的抗干扰能力。
• SIL 3 认证：根据 EN 61508 标准，达到 SIL 3 安全完整性等级，适用于安全相关应用。
• 连接方式多样：有 screw（MACX MCR - EX - SD - 24 - 48 - LP）和 spring - cage（MACX MCR - EX - SD - 24 - 48 - LP - SP）两种连接方式可供选择。

技术参数

输入参数

• 输入电压：20 V DC … 30 V DC
• 输入电流：10 mA ... 95 mA（Ue = 24 V DC 时为 75 mA）

输出参数

• 输出特性：本安型，适用于 Ex - i [Ex ia] IIC 防护类型。
• 电流限制：48 mA
• 输出电压：10.5 V DC（48 mA 时）
• 空载电压：24 V DC
• 内阻：275.7 Ω
• 短路保护：具备短路保护功能，提高了设备的可靠性。
• 响应时间：30 ms

其他参数

• 供电类型：环路供电
• 功率损耗：< 1.4 W
• 最大温度系数：0.01%/K
• 电气隔离：符合 EN 61010 和 EN 60079 - 11 标准，输入/输出隔离电压分别为 300 Vrms 和 375 V（峰值）。
• 测试电压：输入/输出 2.5 kV AC（50 Hz，1 min）
• 工作温度范围：- 20°C ... + 60°C
• 存储/运输温度范围：- 40°C ... + 80°C
• 湿度范围：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

安全规定与安装注意事项

安装与操作

• 安装、操作和维护必须由合格的专业人员进行。
• 遵守适用的安全指令、事故预防规定和一般技术规定。
• 不得访问设备内部电路，如有故障应更换等效设备，维修需由制造商进行。
• 设备在安装在潜在爆炸区域外、环境清洁干燥时，可满足 IP20 防护要求。若需更高防护，应安装在符合 IEC 60529 标准的合适外壳中。

潜在爆炸区域安装规定

• 在本安侧进行测量时，必须遵守相关的本安设备连接规定，仅使用经批准的本安电路设备。
• 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。
• 设备适用于 2 区安装，但需安装在防护等级至少为 IP54 的合适外壳中，如符合 IEC 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）。
• 设备不适用于有粉尘爆炸危险的区域，若要连接本安电路，连接的设备必须适用于相应区域（如 1D、2D 或 3D 类）。

安全相关应用（SIL 3）

在安全相关应用中使用该设备时，需遵循第 8 节的说明，因为安全相关功能的要求有所不同。

安装步骤

静电防护

设备包含易受静电放电损坏的组件，处理设备时需遵守 EN 61340 - 5 - 1 和 EN 61340 - 5 - 2 标准的静电防护措施。

基本电路图

参考基本电路图进行安装，确保正确连接各部件。

尺寸与安装

• 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 snap - on foot 在下，连接器在左。
• 设备为环路供电，无需单独的电源供应，但可安装在为非环路供电的 MACX MCR - EX 模块供电的 DIN 导轨连接器上。
• 安装模块时，需确保其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 - 24 - 48 - LP，使用可插拔螺丝端子块，绞合线需配备套圈。
• 对于 MACX MCR - EX - SD - 24 - 48 - LP - SP，使用可插拔弹簧笼式端子块，绞合线需配备套圈。
• 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})。
• 螺丝连接时，将电线插入相应的连接端子块，使用螺丝刀拧紧螺丝。
• 弹簧笼式连接时，先将螺丝刀插入连接端子块上方的开口，再插入电线。

安全数据比较

在将位于本安区域的设备连接到 MACX MCR - EX - SD - 24 - 48 - LP(-SP) 之前，需比较安全数据。现场设备的安全数据（(U{i})、(I{i})、(P{i})、(L{i})、(C{i})）与电磁阀驱动器的安全数据（(U{o})、(I{o})、(P{o})、(L{o})、(C{o})）需满足以下要求：

• (U{i} geq U{o})
• (P{i} geq P{o})
• (L{i}+L{c} leq L_{o})
• (C{i}+C{c} leq C_{o})

其中，(L{c}) 和 (C{c}) 取决于所使用的电缆/线路。

阀门电路计算

连接电磁阀时，除了比较安全数据，还需进行测量计算。根据公式 (R{C}=frac{U{V}}{I{S V}}-R{i}-R{S V}) 计算允许的电缆电阻，其中 (R{i}) 为电磁阀驱动器的内阻，(U{V}) 为无负载时电磁阀驱动器的保证电压，(I{V}) 为电磁阀驱动器可提供的最大电流，(R{C}) 为连接电磁阀驱动器和阀门时的最大允许电缆电阻，(R{SV}) 为电磁阀的有效线圈电阻，(I{SV}) 为电磁阀线圈使阀门紧密关闭所需的电流。建议计算 (R{C}) 时考虑实际电缆电阻为 + 25 Ω，且连接成功的条件为 (I{V} ≥I{S V}) 且 (R_{C}>0 Omega)。

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”。

故障行为与响应

• 输入电压故障时，设备进入安全状态。
• 移除设备的连接端子块可使设备达到安全状态。

安全完整性要求

该设备为 Type A 设备（根据 EN 61508 - 2），安全完整性等级为 SIL 3。其故障失效率和安全失效分数等数据如下：	λ SAFE	λ DANGEROUS	SFF	DC S	DC D
284 FIT	0 FIT	100%	0%	0%

由于 (PFD _{AVG}) 值为 0，虽然不需要进行定期验证测试，但仍建议进行。

验证测试

• 采取适当措施防止错误使用，避免测试影响系统其他区域（如将控制系统设置为测试模式）。
• 在输入施加 20 V 至 30 V 电压时，检查输出端子块是否能测量到 > 0 的电压，同时现场设备应同时切换。
• 恢复安全电路的全部功能，返回正常运行。

总结

MACX MCR - EX - SD - 24 - 48 - LP(-SP) 本安型电磁阀驱动器是一款性能卓越、安全可靠的产品，适用于危险环境中的电磁阀控制。在使用过程中，严格遵守安全规定和安装注意事项，进行正确的安装和操作，能够确保设备的正常运行和系统的安全性。各位工程师在实际应用中，是否遇到过类似产品在安装和使用过程中的挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。