由于有害气体和尘埃的存在，经常可以在工厂里找到分级的区域。当自动化组件被安装到这些区域时，为了确保安全，必须要满足一些规则、规程和设计标准。
　　危险区域的分级标准出自美国国家电气规范（NEC）或者国际电工技术委员会（IEC）。表1显示了这个分级系统的简化版，更多细节可以在详细的规定中找到，具体是在NEC 条款500和IEC 60079。
　　使用NEC的标准作为参考，表1显示了1区比2区更有危险性，因为危险更有可能出现。因此，在1区安装的自动化组件比安装在2区的自动化组件要求更高级别的保护。
　　有3种主要的手段被用来在需要保护的危险区域实施不同级别的保护：防爆、清吹以及本质安全。所有这些保护手段都需要仔细的设计CONTROL ENGINEERING China版权所有，而且经常需要昂贵的组件、安装和维护。检查这3个保护手段为另一种在分级区域安装自动化组件的方式提供了机会。
　　防爆措施
　　防爆外壳和导管系统通过两种方式在危险区域保护自动化组件。首先，它们是密封的，限制了进入壳体或导管系统的气体量或尘埃量。其次，它们必须有完整的结构来控制爆炸，所以爆炸不会传播遍及到分级区域。这些外壳一般都用在1区。

表1：NEC分类和IEC分区

　　使用外壳的保护方式已经被使用了几十年，而且被很多工程师、设计师和工厂维护人员深刻的理解。许多供应商提供防爆外壳和导管系统，而且这种系统的设计标准已经是现成的了。
　　不过，与标准的NEMA4外壳相比较，防爆外壳非常昂贵、很大而且非常沉重（请见图1）。因为这些外壳是密封的，唯一可行的散热方式是通过外壳本身，限制了外壳里可以安装的组件类型，或者要求外壳尺寸过大，这样会进一步增加成本。
　　任何操作员接口组件必须满足在该区域使用的规定，这排除了在1区使用任何类型的图形界面。图形界面可以安装在壳体内部并通过窗口进行观看，不过可见性受限。
　　在安装这些外壳和导管系统时要非常的小心，并确保维持正确的密封，在从1区转变为2区的时候，导管必须经常密封。允许进行热加工并且需要相关的预防措施来打开防爆外壳，为外壳内的组件进行服务非常昂贵和困难。

　　图1：防爆外壳比无等级的同等设备要重得多www.cechina.cn，也贵得多，而且一般需要定期检查来确保其完整性。图片来源：Vynckier

　　在某些分级区域里，要求对防爆外壳和导管系统进行定期检查，在其他区域里是强烈推荐这么做的。检查会核实密封系统的完整性并提出一些维护的需求。
　　清吹问题
　　另外一种将自动化组件安装在危险区域的方法是使用压缩空气或者惰性气体清吹外壳内部。清吹系统不会让危险气体或尘埃进入壳体，因为壳体内部总是正压状态。
　　根据清吹系统的类型不同，这种方法允许在1区和2区采用标准的外壳和未分级的自动化组件。不过清吹系统会很贵，特别是当它们被用在1区的时候（请见图2）。

　　图2：使用空气或惰性气体的清吹系统可以让未分级的组件用在危险区域，但是必须要对空气或惰性气体的供给进行连续维护。图片来源：Pepperl+Fuchs

　　由于清吹系统需要连续的供给压缩空气或惰性气体，成本不会随着安装完成而停止。这种方式会让维护壳体内部的组件成问题，因为在正常运行的时候不能打开外壳。
　　本安选项的限制条件
　　本质安全(IS)系统可以安全地安装在1区和2区的危险区域，因为其组件和接线系统不能释放出足够的能量点燃该区域的气体或尘埃。与防爆或清吹系统不同www.cechina.cn，这种保护方式允许在正常运行的时候进行许多类型的维护。
　　因为每个组件必须满足在危险区域使用的规定，可供使用的组件范围有限。许多像可编程逻辑控制器(PLC)和电机传动的常用自动组件不具备本安等级。即便可以买到本安等级的组件，供应商通常都会加价。
　　本安系统的设计需要具有高水平的工程设计经验www.cechina.cn，并且需要实施时间和花费。从一个分级区域转入到另一个分级区域通常需要本安护栏，进一步增加了这些系统的复杂性。
　　高昂的成本
　　正如上文所述，所有这3个主要的保护手段需要详细的设计并且经常需要相当大的系统采购和安装的费用。花费不会随着安装结束而停止，因为IEC 60079要求对安装在分级区域的组件进行初始检查以及后续的定期检查，通常是每年做一次。检查经常会显露出需要进行维护的区域，这会进一步增加花费。
　　意识到这个，在过去的几年中，许多供应商开始推出可以在一级2区（或者一级1区）分级区域安全安装和运行的组件。尽管上面的两个区域处于同一级别下，它们之间也有着显著的区别，对于可用的设备和组件的要求也是显著不同的。
　　位置是最重要的因素
　　就像房地产一样，当它出现危险的时候，完全是位置决定的。通常处理危险的最好办法是远离危险。尽可能在一级1区以外的区域安装自动化设备。即便是移动到2级区域也会产生很大的区别。这实际上没有听起来那么难。在许多工业厂房和设施中，被分级为1区的区域相对较少，而且这些区域经常很小。即使它们占地面积很大，经常可以进行改造来限制释放到大气中的气体量，这样减小了被定级为1区的占地面积。
　　一旦1区的面积缩小到最小的实用面积时，所有新的自动化组件应该安装在相邻的2区CONTROL ENGINEERING China版权所有，或者更好一些。安装在未分级区域，除非有强制理由不能这么做。在某些情况下，将现有的位于1区的自动化组件重新布置在2区来避免相关的检查和维护比较有现实意义。
　　对于很少必须要在1区内布置自动化组件的情况，通常可以使用本安级别的组件并沿着IS护栏与位于2区的组件连接。当所有的1区面积缩到最小， 2区和未分级区域面积增大，就可以仔细选择那些只满足在2区使用标准的自动化组件。

表2：满足2区使用标准的自动化组件

　　组件的选择和应用
　　20年以前，很少有自动化组件满足在一级2区使用的标准（这些设备中的许多是与PLC和继电器有关的）。正如表2中所示的自动化组件，在过去的几年中这种情况得到了显著的变化。而且随着供应商响应最终用户的需求，这个列表稳步变长。
　　如果一个组件符合在2区使用的标准，它可以安装在一个标准的壳体中并且不需要任何额外的保护就可以安全使用。由于符合标准的可用组件很多，那么现在使用人机界面（HMI）、PLC、输入/输出（I/O）设备、电源、电机传动以及其他需要的组件组装成的一套完整的控制系统，都满足在一级2区使用的标准。
　　这种方式与其他3种主要的保护手段相比要求的详细设计少得多，并且成本更低。不需要初始的或定期的检查，而且维护量也极大地减少。
　　当适合2区使用的自动化组件首次推出的时候，相比未分级的同等组件，它们经常会有大量的价格溢价。不过在最近几年里，这些价格溢价已经明显减少，经常是被完全减去（请见图3）。
　　在很多情况下，产品的零部件和材料没有改变，只是为满足规定而要求检查。例如，对于一个机电式接线器的隔室的情况，产生火花的组件必须是塑料密封的。2区分级确保了密封的隔室在组件的寿命内不会泄漏。其结果是现在有很多各种满足一级2区使用标准的机电式和固态继电器。
　　随着LED灯变得普及，可以买到新的一级1区和一级2区的灯，而且经常在炼油厂和其他工厂进行照明系统现代化改造时得到翻新。
　　典型的在一级2区的区域使用自动化组件的应用主要包括：
　　■ 进行勘探和生产的上游石油天然气设施
　　■ 中游的石油天然气管线和储存设施
　　■ 炼油厂
　　■ 石油化工厂
　　■ 油漆和调漆厂
　　■ 水处理和污水处理厂
　　■ 采矿设施
　　■ 制药厂
　　■ 农业设施，例如谷仓
　　■ 食品加工厂

　　图3：现在许多满足一级2区标准的自动化组件只收取很少甚至不收额外的费用。图片来源：Idec

　　保护 vs. 位置
　　通常，保护安装在分级区域的自动化组件的3种主要手段是防爆外壳、清吹外壳以及本质安全系统。根据特定的应用和自动化组件不同，每一种手段都可以很有效。不过每一种手段都需要相当大的前期成本和后期持续的照料、服务和维护成本。
　　在许多情况下的一种可行的变通办法是将自动化组件和系统安装在2区而不是1区里，并使用满足2区使用标准的组件。这不仅简化了设计，削减了成本，还减少了维护的时间。
　　为了响应用户的要求，供应商已经推出了很多适合在危险区域使用的自动化组件，可以买到的组件越来越多。有了对组件的仔细选择，大多数类型的自动化系统都可以安全地安装在2区的区域内。（作者：Steve Massie）