УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ИЗОЛЯТОР Российский патент 2019 года по МПК H02H9/00 

Настоящее изобретение относится к универсальному изолятору, и в одном примере может относиться к универсальному изолятору для использования с устройствами, расположенными в искробезопасной среде.

Обычно изолирующие устройства часто предназначены для использования с выполнением функций обеспечения безопасности, такой как некоторая форма барьерной безопасности, таким образом, чтобы обеспечивать возможность соединения с обеспечением искробезопасности для выполнения функций управления технологическими процессами, связанными, например, с работой в опасных средах.

Традиционно предлагаются различные изоляторы, находящиеся в разных конфигурациях, таких как цифровой вход (DI), цифровой выход (DO), аналоговый вход (AI) и аналоговый выход (AO), а любой из различных изоляторов выбирают в соответствии с требованиями конкретной системы.

Совсем недавно, и для того, чтобы удовлетворить потребность в различных изоляторах, были разработаны универсальные изоляторы.

Такие универсальные изоляторы, поскольку большинство из них имеют входной или выходной каскад на одной стороне и выходную или, соответственно, входную схему на другой стороне, дублируют как функции входа, так и функции выхода на обеих сторонах. Это приводит к невыгодному дорогостоящему дублированию схемы. Кроме того, некоторые известные универсальные изоляторы выполняют автоматическое обнаружение типа сигнала, но было установлено, что такое обнаружение не всегда выполняется правильно.

Кроме того, некоторые универсальные изоляторы или изолирующие барьеры не обеспечивают прямой визуальной индикации режима, в котором они работают, и это особенно проблематично при вводе в эксплуатацию.

Настоящее изобретение направлено на обеспечение универсального изолятора, имеющего преимущества по сравнению с известными изоляторами.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предлагается электронное изолирующее устройство, содержащее модуль изолятора и основной модуль, в котором модуль изолятора выполнен с возможностью физического/электрического соединения и разъединения с основным модулем по меньшей мере в двух ориентациях относительно этого основного модуля, причем электрическое соединение с основным модулем в каждой из указанных по меньшей мере двух ориентаций служит для настройки типа/функциональности указанного изолирующего устройства.

В подтверждение этого, модуль изолятора может содержать универсальный изолятор.

При необходимости указанное электронное устройство выполнено с возможностью обеспечения изоляции в отношении устройств, работающих в искробезопасных средах.

Предпочтительно, в одной компоновке количество ориентаций соответствует количеству различных сторон модуля изолятора, обеспечивающих возможность соединения с основным модулем. Предпочтительно, изолирующее устройство выполнено таким образом, что ориентация физического соединения модуля изолятора и основного модуля служит для указания на тип/функциональность этого модуля.

В другой компоновке выполнение функций изолятора также может быть обеспечено с помощью присоединения указанного модуля в «смещенном» положении без поворота.

Предпочтительно, электрическая функциональность изолирующего устройства, настроенного посредством указанных по меньшей мере двух ориентаций, обеспечивает по меньшей мере одну из функций безопасности входа и/или выхода.

Только в качестве примера настоящего изобретения, изолирующее устройство может выполнять функции обеспечения безопасности. Такое выполнение функций обеспечения безопасности может быть обеспечено посредством модуля безопасности.

Предпочтительно, выполнение функций обеспечения безопасности может включать выполнение барьерной функции таким образом, что модуль безопасности может содержать барьерный модуль.

Настоящее изобретение обеспечивает преимущество благодаря тому, что когда на одной стороне этой изоляции не используется один из входов (или выходов), он может использоваться на другой стороне.

Таким образом, одна сторона изоляции будет служить только в качестве входа, а другая сторона будет служить только в качестве выхода, и вышеупомянутые по меньшей мере две ориентации служат, например, для изменения устройства с входного изолятора на выходной изолятор и/или для выполнения функции обеспечения искробезопасности.

Изобретение дополнительно описано далее только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг. 1А схематически показан известный изолятор, выполненный с возможностью обеспечения аналогового выходного сигнала;

на фиг. 1B схематично показан известный изолятор, выполненный с возможностью обработки аналогового входного сигнала;

на фиг. 2А показана схематическая иллюстрация, аналогичная фиг. 1А, но устройство дополнительно выполняет функции обеспечения искробезопасности в полевой секции;

на фиг. 2B показана схематическая иллюстрация, аналогичная фиг. 1B, но устройство дополнительно выполняет функции обеспечения искробезопасности в полевой секции;

на фиг. 3 показана схематическая иллюстрация одного примера известного универсального изолятора с входными и выходными каскадами на каждой стороне;

на фиг. 4 показана схематическая иллюстрация универсального изолятора, аналогичного изображенному на фиг. 3, но использующего дублированное выполнение функции обеспечения искробезопасности в полевой секции;

на фиг. 5 показано схематическое изображение изолирующего устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 6 показана иллюстрация способа, посредством которого можно изменять ориентацию секции изолятора, такого как на фиг. 5;

на фиг. 7 показана схематическая иллюстрация изолирующего устройства, такого как на фиг. 5, но с различной ориентацией между выполненной с возможностью разъединения-соединения секцией изолятора и последующим изменением, таким как на фиг. 6.

Обратимся сначала к фиг. 1А, где показан известный изолятор 100, выполненный с возможностью подачи аналогового выходного сигнала и содержащий секцию питания 101, обрабатывающую секцию 110 и полевую секцию 130.

Линии 115 обработки аналогового входа соединены с обрабатывающей секцией 110, обеспечивающей аналоговые входные сигналы для выполнения функции 111 обработки сигнала. Обработанные сигналы затем передаются через изолирующее соединение 121, такое как электрооптическое соединение или электромагнитное соединение, для выполнения функции 131 обработки сигнала в полевую секцию 130, и для последующей передачи на полевые линии 135 в качестве аналогового выходного сигнала.

Однако, если потребуется противоположное направление протекания входного/выходного тока, то используется другой изолятор 150, такой как показанный на фиг. 1В, таким образом, что его входной сигнал подается по полевым линиям 185 для входа в полевую секцию 180 и для подачи в качестве аналогового сигнала для выполнения функции 181 обработки входного сигнала, для последующей передачи через изолирующее соединение 171 для выполнения функции 161 обработки сигнала в обрабатывающую секцию 160 и на линии 165 выходного сигнала обрабатывающей секции.

Как и в предыдущем случае, изолятор 150 содержит секцию питания 151, содержащую линии питания 155.

На фиг. 2А показан дополнительный вариант известных изоляторов, аналогичный известному примеру на фиг. 1А, но также выполняющий барьерную функцию для обеспечения искробезопасности. То есть, здесь показан изолятор 200, выполненный с возможностью подачи аналогового выходного сигнала и содержащий секцию питания 201, обрабатывающую секцию 210 и полевую секцию 230, а также искробезопасную полевую секцию 240, содержащую барьерные компоненты 241. Аналоговый выход на полевой стороне затем доступен по выходным полевым линиям выхода 245.

Линии 215 обработки аналогового входа соединены с обрабатывающей секцией 210 для обеспечения аналоговых входных сигналов для выполнения функции обработки сигнала 211. Обработанные сигналы затем передаются через изолирующее соединение 221, такое как электрооптическое соединение или электромагнитное соединение, для выполнения функции обработки сигнала 231 полевой секцией 230 и для последующей передачи на полевые линии 245 через барьерные компоненты 241, к выходным полевым линиям 245.

Как проиллюстрировано, барьерные компоненты 241 содержат стабилитрон и приспособление для ограничения тока.

Как и в предыдущем случае, если потребуется противоположное направление протекания входного/выходного тока, но с выполнением функции обеспечения искробезопасности, тогда используется другой изолятор 250, такой как показанный на фиг. 2В, таким образом, что его входной сигнал подается по полевым линиям 295 для входа в полевую секцию 280 и для подачи в качестве аналогового сигнала для выполнения функции обработки входного сигнала 281 для последующей передачи через изолирующее соединение 271 для выполнения функции обработки сигнала 261 обрабатывающей секцией 260 на линии 265 аналогового выходного сигнала обрабатывающей секции.

Как и в случае известного изолятора на фиг. 2А, полевая секция 280 изолятора 250 на фиг. 2В содержит искробезопасную полевую секцию 290, использующую барьерную секцию 291, соединенную с полевыми линиями 295 аналогового входа.

Как и в предыдущем случае, изолятор 250 на фиг. 2В содержит секцию питания 251, связанную с линиями питания 255.

Как будет понятно, для обеспечения искробезопасной аналоговой входной и выходной изоляции потребуются оба изолятора 200 и 250.

Однако для исключения необходимости выполнения указанных функций с помощью двух различных изоляторов, может быть обеспечен известный так называемый универсальный изолятор 300, такой как показанный со ссылкой на фиг. 3.

Здесь снова показана секция питания 301, питаемая посредством линий питания 305, причем множество линий обработки входа/выхода 315, 316 соединены с обрабатывающей секцией 310, а множество полевых линий аналогового входа/выхода 335, 336 соединены с полевой секцией 330.

Как будет понятно, каждая из двух сторон изолирующего соединения 321 и 322 универсального изолятора 300 содержит как функцию обработки входного сигнала 311, 332, так и функцию обработки выходного сигнала 312, 331.

Такие известные универсальные изоляторы затем могут быть настроены в соответствии с требованиями, например, для выполнения функции входа в полевые устройства или из них через соединения с полевой секцией 330. Однако недостатки и ограничения остаются постольку, поскольку существует дублирование соединений как на входной, так и на выходной сторонах указанной изоляции, и, кроме того, поскольку обнаружение ожидаемого сигнала не всегда возможно.

Дополнительный вариант проиллюстрированного варианта осуществления настоящего изобретения на фиг. 3 показан на фиг. 4, который включает выполнение функции обеспечения искробезопасности в полевой секции. Здесь снова находится секция питания 401, питаемая посредством линий питания 405, причем множество линий обработки входа/выхода 415, 416 соединены с обрабатывающей секцией 410, а множество полевых линий 445, 446 аналогового входа/выхода соединены с полевой секцией 430.

Как будет понятно, каждая из двух сторон изолирующего соединения 421 и 422 универсального изолятора 400 включает как выполнение функций обработки входного сигнала 411, 432, так и выполнение функций обработки выходного сигнала 412, 431. Выполнение дополнительных функций обеспечения искробезопасности, показанное на фиг. 4, требует наличия барьерных компонентов 441, 442, связанных с каждой из указанного множества полевых линий входа/выхода 445, 446.

Теперь обратимся к фиг. 5, где представлена иллюстрация универсального изолирующего устройства, имеющего основание изолятора 500, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Основание 500 универсального изолятора содержит секцию питания 501, связанную с линиями питания 505, а также обрабатывающую секцию 510, связанную с обрабатывающими линиями 515, и полевую секцию 530, связанную с полевыми линиями 535. Также показано выполнение функции обработки входного аналогового сигнала 551 и функции обработки выходного сигнала 571, а также сигналы, обмен которыми происходит через изоляцию 561.

В качестве важного признака настоящего изобретения выполнение функции изоляции в этом изоляторе обеспечено посредством съемной секции, например, съемной платы 550, имеющей, например, возможность соединения 555 через разъемы с возможностью отсоединения между обрабатывающей и полевой секциями 510, 530 и секцией питания 501.

Следовательно, изолирующая плата 550, обеспечивающая выполнение обработки сигнала 551, 571 и изоляции 561, может быть отсоединена и удалена от оставшейся части изолирующего устройства, содержащего обрабатывающую секцию 510, полевую секцию 530 и секцию питания 501, в соответствии с необходимостью.

Конфигурация/ориентация изолирующей платы 550, показанной на фиг. 5, используется, например, для создания конфигурации аналогового выхода.

Однако в этом примере при помощи отсоединения изолирующей платы 550 и поворота ее на 180 градусов вокруг вертикальной оси вместе с линией изоляции, как показано стрелками на фиг. 6, можно легко обеспечивать противоположную ориентацию/конфигурацию таким образом, чтобы изменять конфигурацию входа/выхода. Благодаря такой повторной установке с другой ориентацией функциональность изолирующего устройства 500 изменяется.

На фиг. 7 показан универсальный изолятор 500, показанный на фиг. 5, но с извлеченной, повторно ориентированной и повторно вставленной в другой конфигурации/ориентации изолирующей платой 550, которая обусловливает другую конфигурацию/функциональность. Хотя устройство 500 по-прежнему содержит секцию питания 501, питаемую линиями питания 505, и секцию 510 на обрабатывающей стороне, соединенную с обрабатывающими линиями 515, и секцию 530 на полевой стороне, соединенную с полевыми линиями 535, повторное соединение изолирующей платы 550 посредством соединителей 555 и способом, показанным на фиг. 7, обеспечивает конфигурацию, в которой полевая сторона, содержащая соединение 530 на полевой стороне и полевые линии 535, функционирует в качестве входа для обеспечения обработки 551 сигнала через изоляцию 561, и соединение 510 на обрабатывающей стороне и обрабатывающие линии 515 служат в качестве выхода для сигналов от обработки сигналов 571, которые появляются на обрабатывающей стороне изоляции 561.

Таким образом, благодаря разделению функций изолятора между обрабатывающей стороной и полевой стороной и обеспечению возможности повторно конфигурированного/повторно ориентированного повторного соединения, преимущества, обеспечиваемые универсальным изолятором, могут быть достигнуты без ненужных дополнительных схем и без возможного неправильного определения типов сигналов.

Как будет понятно, изобретение основано на использовании того, что, когда на одной стороне не используется один из входов (или выходов) универсального изолятора, он может эффективно использоваться на другой стороне. Следовательно, одна сторона изоляции будет только входом, а другая сторона будет только выходом.

Для достижения такого выбора, отсоединение и повторное подсоединение электронной изолирующей платы относительно соединительных выводов остальной части устройства обеспечивает возможность изменения входного изолятора на выходной изолятор, в частности, для безопасной среды класса Ex.

Конечно, дальнейший поворот, возможно, вокруг другой оси, мог бы служить для изменения цифровых функций на аналоговые функции. Кроме того, что касается применений Ex-i, обеспечивается поворот платы до такого положения, как компоненты обеспечения безопасности исключат возможность вероятного неправильного и опасного подключения, поскольку ранее подключенная не искробезопасная часть не сможет затем быть присоединена к искробезопасной цепи.

Это обеспечит преимущество, состоящее в значительном уменьшении количества компонентов и, при необходимости, количества компонентов обеспечения безопасности. Такое уменьшение может преимущественно приводить к снижению стоимости и также обеспечит оператору возможность точно знать, как этот универсальный изолятор сконфигурирован для выполнения конкретной определенной функции.

Следовательно, для настоящего изобретения требуется меньшее количество компонентов, что может повысить надежность. Это является важным свойством для некоторых полевых применений, особенно в отношении недоступных местоположений.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение прямой визуальной индикации режима и уменьшение количества компонентов. В настоящем изобретении предложено электронное изолирующее устройство, такое как универсальный изолятор, имеющее функции изоляции и возможность выполнения функции обеспечения безопасности и содержащее модуль изолятора (550), содержащий электрическое соединение входной стороны и электрическое соединение выходной стороны, выполненное с возможностью связи с указанным соединением входной стороны с помощью изолятора, и основной модуль (500), при этом модуль изолятора выполнен с возможностью физического/электрического соединения и разъединения с основным модулем по меньшей мере в двух ориентациях/положениях относительно указанного основного модуля, при этом указанные соединения входной стороны и выходной стороны модуля изолятора выполнены с возможностью функционального соединения с основным модулем в указанных по меньшей мере двух ориентациях, причем электрическое соединение модуля изолятора с основным модулем в каждой из указанных по меньшей мере двух ориентаций/положений служит для настройки типа/функциональности указанного изолирующего устройства. 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Электронное изолирующее устройство, содержащее модуль изолятора, содержащий электрическое соединение входной стороны и электрическое соединение выходной стороны, выполненное с возможностью связи с указанным соединением входной стороны с помощью изолятора, и основной модуль, при этом модуль изолятора выполнен с возможностью физического/электрического соединения и разъединения с основным модулем по меньшей мере в двух ориентациях/положениях относительно указанного основного модуля, при этом указанные соединения входной стороны и выходной стороны модуля изолятора выполнены с возможностью функционального соединения с основным модулем в указанных по меньшей мере двух ориентациях, причем электрическое соединение модуля изолятора с основным модулем в каждой из указанных по меньшей мере двух ориентаций/положений служит для настройки типа/функциональности указанного изолирующего устройства.

2. Устройство по п. 1, выполняющее функции обеспечения безопасности.

3. Устройство по п. 2, в котором выполнение функций безопасности обеспечено посредством модуля безопасности.

4. Устройство по п. 3, в котором модуль безопасности содержит барьерные схемы.

5. Устройство по п. 3 или 4, выполненное таким образом, что ориентация/положение физического соединения между модулем изолятора и модулем безопасности служит для визуального указания на тип/функциональность этого модуля.

6. Устройство по любому из пп. 1-5, содержащее универсальный изолятор.

7. Устройство по любому одному или более из предшествующих пунктов, выполненное с возможностью обеспечения изоляции в отношении устройств, работающих в искробезопасных средах.

8. Устройство по любому одному или более из предшествующих пунктов, в котором количество ориентаций соответствует количеству различных сторон модуля изолятора, обеспечивающих возможность соединения с основным модулем.

9. Устройство по любому одному или более из пп. 1-7, в котором количество положений соответствует количеству различных сторон модуля изолятора, обеспечивающих возможность соединения с основным модулем.

10. Устройство по любому одному или более из пп. 1-7, в котором на общей стороне модуля изолятора существуют по меньшей мере два возможных положения.

11. Устройство по любому одному или более из предшествующих пунктов, в котором указанная электрическая функциональность изолирующего устройства, настроенного посредством указанных по меньшей мере двух ориентаций/положений, содержит по меньшей мере одну из функций обеспечения входа и/или выхода.