关键词： FISCO FNICO
以本质安全防爆技术为核心的FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe COncept，现场总线本质安全概念)技术因其产品重量轻、体积小和可在爆炸性气体的危险环境带电操作等特点，已成为现场总线防爆技术的首选，进而得到不断改进并日益成熟。但随着该技术应用规模持续扩大和准入场所相继拓展，划分为2区(Zone 2)的危险场所远远多于划分为1区(Zone 1)和0区(Zone 0)的危险场所，这对于以应用于0区和1区危险场所为主要设计目的的FISCO技术而言，在设计、制造和认证方面成本明显过高。近几年，随着"n"型防爆技术的规范和普及，仅限于使用在2区的"n"型防爆产品进入了防爆总线技术领域，使源自于FISCO的FNICO(Field Non Incendive Concept，现场总线非易燃性概念)技术存在着极大发展空间。由于"n"型防爆产品仅考虑正常工作条件，在对电压及电流等安全指标放宽的同时还意味着FNICO允许在危险区域连接更多的现场设备，从可靠性、高精度、经济性等角度可获取最大效益。因此，越
为保证应用于爆炸性气体危险环境的现场总线技术规范化，2005年版IEC 60079-27已对原FISCO技术要求作了部分修改，并在FISCO技术基础上增加FNICO技术要求，符合IEC 60079-27要求的现场总线典型结构，由一台电源装置、最多32台现场设备、分处于主干线两端的终端器、干线电缆和其他附属设备组成，如图所示。
一 FISCO的设计要求
1. 电源装置
必须说明的是，FISCO系统中电源装置的概念包含本安关联电路在内，通常的方法是把电源装置从结构和电路两方面设计为符合IEC60079-11规定要求的关联设备，即电源自身并不要求防爆，但把限制电气火花能量的限流限压功能模块设计在电源电路之内，这种电源仅允许在不含爆炸性气体的非危险区域使用。如果要求安装在危险区域，则必须使用IEC60079-0所列的其他防爆措施予以保护。例如采取隔爆、浇封等防爆技术，将包括能量限制模块在内的电源电路整体放入隔爆外壳，或将电源电路在整体浇封后放入增安型外壳，同时接线端子符合增安型要求。市场上防爆标志为Ex d[ia/ib]ⅡC或Ex me [ia/ib]ⅡC的总线电源类产品就是采取上述方法加以保护，确保电源设备在爆炸性危险场所的使用。
电源输出端由于能量限制模块的存在把最高输出电压Uo和最大输出电流Io等本安参数限制在规定值以下。据IEC 60079-27要求，对FISCO总线系统电源最大输出参数在充分考虑现场布线开路、短路和接地的状态下做如下规定：最高输出电压Uo：14～17.5V；最大输出电流Io：不大于380mA；最大输出功率Po：不高于5.32W；未被保护的最大内部电容Ci：不大于5nF；未被保护的最大内部电感 Li：不大于10μH。
在此需要明确的是，电源作为总线系统的能量供给单元和符合IEC60079-11规定要求的关联设备，它的本安级别决定了现场总线本安防爆系统的防爆标志，依据能量限制模块的保护方式和故障分析的结果分为ia和ib两个等级，Io应当在Uo确定后借助IEC60079-11本安防爆标准中的点燃曲线，并考虑至少1.5倍安全系数后确定。但是，当电源采用以晶体管元件为主的电子限流器来限制电源的最大输出电流Io时，其防爆标志只能为ib级别。在理想状态下，此类限流方法的输出特性为矩形，对于具备矩形输出特性的电源，Io的确定必须依据表1规定要求。
对于电源装置的本安关联电路，推荐采用符合IEC60079-11要求的隔离式安全栅电路。由于现场总线系统必须满足在地电位平衡的状态下运行，隔离式安全栅可有效地将危险场所的电路与地可靠隔离，从而保证现场总线系统的安全运行。
2. 现场设备
用于FISCO系统的本安型现场设备应同时满足以下要求：
(1)符合IEC 60079-27要求的安全参数，最高输入电压Ui：不低于17.5V；最大输入电流Ii：不低于380mA；最大输入功率Pi：不低于5.32W；未保护的最大内部电容Ci：≤5nF；未保护的最大内部电感Li：≤10μH。
(2)符合IEC 60079-11规定要求，同时防爆等级应达到Ex iaⅡC或Ex ibⅡC。
(3)通过相应的本安防爆认证。
根据IEC 60079-27的要求，为避免总线上出现多点接地的情况，FISCO系统中现
场设备上的总线端子必须依据IEC 60079-11的相关要求与地实现可靠隔离，同时总线端子必须始终处于无源状态，这意味着所有与总线电缆相连的设备应为无源性，除了不大于50μA的漏电流，它们不得为系统供电。因此对于独立供电的现场设备，为保证外部供电电源等电路与总线通信电路的完全隔离，在电路结构上必须采取符合IEC60079-11所规定的可靠隔离措施(例如光电隔离等)，以实现无论是在故障条件还是在正常工作条件下外部供电电源的能量都无法传输到本安现场总线上。点击看原图 3. 终端器 现场总线主干线的两端必须设置终端器，根据现场总线物理层的定义，总线系统所要求的终端器实质上是一个阻容组件，IEC 60079-27第6.1条注明终端器由90～102Ω电阻和0～2μF电容串联而成。 FISCO总线系统终端器的最大输入参数满足以下要求：最高输入电压Ui：不低于17.5V；最大输入电流 Ii：不低于380mA；最大输入功率Pi：不低于5.32W；未保护的最大内部电感 Li：≤10μH；内部等效电容：应由防爆检验机构确认电容容量不会对本安防爆性能产生影响。 在现场总线系统中
，电源装置侧的终端器可集成在电源系统中，而位于危险场所侧的终端器就相当于本安型现场设备，同现场设备的要求一致，除了与地实现可靠隔离之外，本安设计必须满足IEC 60079-11规定要求，同时防爆等级应达到Ex iaⅡC或Ex ibⅡC。根据IEC 60079-11所规定的故障条件，最为严酷的情况是电阻直接并联在总线两端，此时电源的输出功率全部施加到电阻上，其表面温度还能否满足温度级别的要求是需要密切关注的问题。因此最为理想的设计是将电阻作为IEC 60079-11定义的可靠元件考虑，或对终端器采取有效散热处理，并通过相应的本安防爆认证。
4. 现场总线电缆
现场总线电缆包括主干线和分支线两部分，应符合下列参数要求：回路电阻Rc：15～150Ω/km；回路电感Lc：0.4～1mH/km；电容Cc：45～200nF/km。电缆参数的测量应根据IEC 60079-14附录C实施。使用在ⅡC和ⅡB气体组别的危险场所时，主干线长度不得超过30m，每一条分支线允许的最大电缆长度为60m。将电源连接到主干线上的分支线长度小于30m。包括主干线和所有分支线在内的电缆长度总和，在使用于ⅡC气体组别环境时，最长不得超过1km；在使用于ⅡB气体组别时最长不得超过5km。
二 FNICO的设计要求
FNICO技术的本质就是应用了仅在正常使用条件下可实现防爆安全的能量限制电路，鉴于与FISCO技术保护原理的一致性，FNICO对电源、现场设备、电缆和终端器等方面的设计要求与FISCO基本相似，区别仅在于FNICO仅考虑正常工作状态，未将可能发生的故障加以考虑，在现有防爆技术中安全性能最低，仅允许应用在2区。
1. 电源装置
FNICO系统中电源装置的概念包含关联限能电路"[Ex nL]"在内，电源装置从结构和电路两方面设计必须符合IEC60079-15的有关要求。当电源装置安装在非危险区域内时，只需将限能模块设计在电源之内即可；一旦要求电源装置安装在危险区域之内，则必须采用IEC60079-0所列的其他防爆措施予以保护，最经济的方法是将包括能量限制模块的电源电路放入"nA"型外壳之内， 此时的防爆标志为Ex nA[nL]ⅡC/ⅡB。
据IEC 60079-27要求，对FNICO总线系统电源的最大输出参数规定如下：最高输出电压Uo：14～17.5V；未被保护的最大内部电容Ci：不大于5nF；未被保护的最大内部电感Li：不大于10μH。
FNICO技术只考虑正常工作状态，只有电压参数需要满足，电源装置的最大输出电流Io可在Uo确定后借助IEC60079-11本安防爆标准中的点燃曲线并考虑1.0安全系数后确定，不同于FISCO电源装置需要设置Io上限值。
但对于具备矩形输出特性的电源，Io的确定必须依据表2规定要求。
2. 现场设备
总线端子对地的隔离要求和无源特性与FISCO系统要求一致。但现场设备的自身结构和电路安全性能应当符合IEC 60079-15对"nL"电路的规定要求，同时防爆等级应达到Ex nLⅡC，并通过相应的防爆认证。
IEC 60079-27对FNICO总线系统中现场设备的最大输入参数规定为：最高输入电压Ui：不得低于17.5V；未保护的最大内部电容Ci：≤5nF；未保护的最大内部电感Li：≤20μH。
3. 终端器
终端器对地的隔离要求与FISCO系统要求一致。其自身结构和电路安全性能应当符合IEC 60079-15对Ex"nL"电路的规定要求，
适用于气体组别为ⅡC的危险场所，并通过相应的防爆认证。最高输入电压Ui：不低于17.5V；未被保护的最大内部电感Li：≤10μH；内部等效电容：应由防爆检验机构确认电容容量不得对防爆性能产生影响。
4. 现场总线电缆
与FISCO对电缆的要求完全一致。
5. FNICO系统的特殊说明
FISCO支持本质安全设备与关联设备的互连。如果电源、现场设备、总线电缆和终端器均满足上述要求并与使用场所气体环境相符合，总线电缆长度之和符合ⅡC和ⅡB所规定的小于1km和5km要求，总线集成商便可自行完成现场总线本安防爆系统的校核，但前提条件是每台设备均应持有符合IEC60079-11和IEC60079-27要求的FISCO总线产品认证文件。
而应用在FNICO系统中的电源、现场设备和终端器将不会受到类似的限制，只要符合下列条件之一便可应用于FNICO系统，拓展了产品的选择空间。
(1)符合"FISCO"要求的电源、现场设备、终端器和其他附属设备可以用于"FNICO"系统。
(2)未作为"FISCO"设备认可，但符合I
(3)未作为"FNICO"设备认可，但符合IEC60027-15规定的"Ex nL"要求的现场设备、终端器和其他附属设备只要Ui不小于17.5V，Li≤20μH和Ci≤5nF要求，可配用经防爆认可的"FNICO"电源装置供电从而应用于"FNICO"系统
事实上，无论"FISCO"还是"FNICO"技术，防爆系统的配置方法都是基于参量认可的原理，仅仅是当电缆参数和长度符合要求时剔除了电缆分布参数的影响。在实际使用中，只要按照上述要求进行设备配置，很容易得到安全、高效、合理的现场总线防爆解决方案。
由于本文是对IEC60079-27参数的解读，因此引用的标准均为IEC标准代号，相对于我国的防爆标准，IEC60079-0/-11/-15分别对应GB3836.1/.4/.8。
