品牌:Pepperl+Fuchs 倍加福(德国曼海姆,1945 创立,现为 SE)
产品族:K 系列(K-System)12.5 mm 超薄隔离式安全栅 / 信号调理器
覆盖子系列:SR · SOT · SON · STC · UT2 · RR2 · SCD · SCS · SLD(另有安全区非 Ex 对应款)
信号方向:数字输入 DI | 模拟输入 AI | 模拟输出 AO | 数字输出 DO
一、产品定位|"隔离器 / 开关放大器 / 安全栅"三个词,说的是同一个家族的三类功能
品类先厘清(最关键):
1.KCD2 是 P+F K 系统(K-System)中 12.5 mm 超薄壳家族的系列名,不是一个可以下单的货号——询价必须写到具体型号(如 KCD2-SR-Ex1.LB);
2."安全栅"有两类:KCD2 属于隔离式安全栅(isolated barrier)——需要 19…30 V DC 供电,输入/输出/供电之间有 300 Veff 电气隔离;另一类是齐纳安全栅(zener barrier)——无需供电、无隔离,但要求整个装置做等电位接地。
3.隔离式安全栅 ≠ 只做防爆:它同时完成"限能(本安)+ 电气隔离 + 信号转换/放大"三件事——这正是"隔离器 / 开关放大器"两个叫法的由来,但它们分别对应不同子系列,不能互相替代。
按信号方向理解 KCD2 全家族(本篇的组织方式):
1.数字输入 DI(读危险区的 NAMUR 传感器 / 干接点)→ 开关放大器 SR(继电器输出)/ SOT(晶体管输出)/ SON(三态阻抗输出,配 DCS/SIS 卡件);
2.模拟输入 AI(读危险区的变送器 / 温度传感器)→ 隔离器 STC(2 线 SMART 变送器供电)/ UT2(万用温度)/ RR2(电阻重复器);
3.模拟输出 AO(向危险区送 4-20 mA)→ SCD(电流驱动器)/ SCS(AI+AO 双通道合一);
4.数字输出 DO(驱动危险区的电磁阀 / LED / 声光报警)→ SLD 电磁阀驱动器(全系 SIL 3)。
二、品牌背景沿革|1945 无线电作坊起家,1958 年同时诞生"接近开关"与"本安放大器"
时间 | 事件 |
1945.11 | 无线电技师 Walter Pepperl 与银行家 Ludwig Fuchs 在德国曼海姆 Sandhofen 创立无线电修理作坊,随即转产变压器 |
1948–1955 | 扩展电子生产;1955 年关闭收音机业务(时年 40 名员工),迁入新厂 |
1958 | 开发第一只接近传感器,同年做出第一台带本安控制回路的晶体管放大器——本安防爆接口技术即发端于此(今日 K 系统的技术源头) |
1964 / 1968 | 首次以自有展位参加 ACHEMA(法兰克福)/ 汉诺威工业博览会 |
1971 | 总部迁至曼海姆 Schönau(Lilienthalstraße 200,沿用至今) |
2019 / 2020 | 公司法律形式 GmbH → AG → SE(欧洲公司) |
2022 | 营收首次突破 10 亿欧元 |
现状 | 约 6300 名员工、40 余家子公司;制造基地分布在德国、美国、新加坡、匈牙利、中国、印度尼西亚、越南七国;两大事业部中,过程自动化事业部是本安防爆接口元件的市场领导者——KCD2 所属的 K 系统即该事业部核心产品线 |
三、型号命名规则逐位解析|功能码 + 本安位 + 通道数 + 两层后缀
KCD2 - 〔功能码〕- Ex〔通道数〕 〔.功能后缀〕 〔.SP 接线后缀〕
位段 | 取值 | 含义 |
KCD2 | — | K 系统超薄家族(12.5 mm A2 壳型;与经典 KFD2 系列并行,官方资料明确 KCD2-SCS 已"合并 KFD2-SCD2-Ex2.LK + KFD2-STC4/5-Ex2 的功能"——更少元件、更省柜内空间) |
功能码 | SR | Switch amplifier, Relay —— 开关放大器,继电器输出(DI) |
SOT | 开关放大器,无源晶体管输出(DI) | |
SON | 开关放大器,无源晶体管(阻性)三态输出,线故障透明 LFT,按 DCS/SIS 卡件特性分 .R1/.R2/.R3(DI) | |
STC | SMART Transmitter power supply + Conditioner —— 2 线 SMART 变送器供电隔离器,HART 透明(AI) | |
UT2 | Universal Temperature —— 万用温度转换器,RTD/热电偶/电位计/mV 输入(AI) | |
RR2 | Resistance Repeater —— 电阻重复器,RTD/电位计的电阻值隔离传输(AI)注意:不是"继电器中继"! | |
SCD | SMART Current Driver —— SMART 电流驱动器,向危险区定位器送 4-20 mA(AO) | |
SCS | SMART 电流驱动 + 变送器供电合一,双通道、每通道可独立设为 AI 或 AO(AI+AO) | |
SLD | Solenoid LoaD driver —— 电磁阀驱动器,驱动危险区电磁阀/LED/声光报警(DO,SIL 3) | |
-Ex | 有 / 无 | 有 -Ex = 本安版(现场侧可接 Zone 0/1/2 危险区,Ex ia 关联设备);无 -Ex = 安全区版(仅隔离功能,如 KCD2-SR-2 / KCD2-STC-1 / KCD2-SCS-2,不能接危险区) |
通道数 | 1 / 2 | 如 SR-Ex1.LB 单通道、SR-Ex2 双通道 |
.功能后缀 | .LB | 1 进 2 出信号分配 + 独立故障继电器(Line fault + 分配) |
.R1/.R2/.R3 | SON 的输出特性码,按 DCS/SIS 输入卡件匹配(详见第五节表 5B) | |
.1045/.1065/.1245/.1545 | SLD 的输出规格码:前 2 位 = 输出电压,后 2 位 = 输出电流(如 .1065 = 10 V / 65 mA,.1245 = 12 V / 45 mA) | |
.ES | 强化安全版,SIL 3(如 KCD2-STC-Ex1.ES、KCD2-SCD-Ex1.ES;基础版为 SIL 2) | |
.2O | 双模拟输出(2 Outputs,信号分路器功能) | |
.SP | 接线后缀 | 弹簧端子(push-in 直插);无 .SP = 螺钉端子。功能相同,端子形式不同,不能混订 |
四、十大子系列全景配置对比表|按信号方向排列
子系列 | 信号方向 | 现场侧输入/输出 | 控制侧输出/输入 | 通道数 | SIL | 典型用途 |
KCD2-SR-Ex* | DI | NAMUR / 干接点输入 | 继电器输出(.LB 含故障继电器) | 1 或 2 | SIL 2 | 限位 / 端位 / 泵联锁,直接驱动接触器、声光、PLC 干接点 |
KCD2-SOT-Ex* | DI | NAMUR / 干接点输入 | 无源晶体管输出(30 V DC / 50 mA) | 1 或 2 | SIL 2 | 高速数字量进 PLC/DCS(≤5 kHz,响应 ≤200 µs) |
KCD2-SON-Ex*.R* | DI | NAMUR / 干接点输入 | 三态阻性输出(1 / 0 / 故障三态可辨,LFT) | 1 或 2 | SIL 2 | SIS 安全仪表系统数字输入卡件(R1 适配横河 ProSafe SDV144 等) |
KCD2-STC-Ex1 | AI | 2 线 SMART 变送器(供电 + 取信号) | 4-20 mA(源/沉/电压三选)或 1-5 V | 1 | SIL 2(.ES=SIL 3) | 压力/流量/液位变送器回路,HART 透明传输 |
KCD2-UT2-Ex1 | AI | RTD / 热电偶 / 电位计 / mV | 0/4-20 mA(源或沉,NE43 故障信号) | 1 | SIL 2 | 万用温度测量,PACTware 软件组态 |
KCD2-RR2-Ex1 | AI | RTD / 电位计(电阻值传输) | 电阻输出(控制卡"如同直连现场电阻") | 1 | SIL 2 | 保留原有电阻输入卡架构的改造项目,免换 DCS 卡件 |
KCD2-SCD-Ex1 | AO | 输出 4-20 mA 至定位器(≤650 Ω) | 输入 4-20 mA(来自 DCS/PLC) | 1 | SIL 2(.ES=SIL 3) | 阀门定位器 / I/P 转换器驱动,HART 双向 |
KCD2-SCS-Ex2 / -2 | AI+AO | 每通道可设为变送器供电(AI)或电流驱动(AO) | 0/4-20 mA,源/沉可选 | 2 | SIL 2 | 定位器"控制 + 反馈"双回路合一(2023 年新品) |
KCD2-SLD-Ex1.**** | DO | 输出驱动电磁阀 / LED / 声光报警 | 回路供电或总线供电逻辑信号(测试脉冲免疫) | 1 | SIL 3 | ESD 切断阀电磁阀、现场声光报警器驱动 |
非 Ex 对应款 | 同上 | 安全区信号 | 同上 | — | 同上 | KCD2-SR-2 / SOT-2 / STC-1 / SCD-1 / UT2-1 / SCS-2:仅隔离、无本安认证 |
五、分项参数详表|三组"兄弟系列"的真正差异
表 5A:数字输入三兄弟 SR / SOT / SON —— 差异全在"输出形式"
参数项 | KCD2-SR-Ex1.LB(继电器) | KCD2-SOT-Ex2(晶体管) | KCD2-SON-Ex2.R1(三态阻性) |
输出形式 | 继电器(输出 I 信号 + 输出 II 信号/故障可设) | 2 路无源晶体管 | 2 路无源晶体管(阻性,三态) |
输出额定值 | 253 V AC / 2 A(cos φ>0.7);126.5 V AC / 4 A;30 V DC / 2 A 阻性;最小开关电流 2 mA / 24 V DC | 30 V DC / 50 mA;1 信号(外部电压)−3 V max @ 50 mA;0 信号 ≤10 µA | 额定电压 19…30 V DC(外阻 >2 kΩ,如横河 ProSafe DI 卡 SDV144);0 信号 33 kΩ±5% + 6.5 V 压降;1 信号 6.5 V±0.5 V 压降;故障 >100 kΩ |
动作/释放延时 | ≤20 ms / ≤20 ms | 响应时间 ≤200 µs | 响应时间 ≤200 µs |
开关频率 | ≤10 Hz | ≤5 kHz | ≤5 kHz |
机械寿命 | 10⁷ 次 | —(无触点) | —(无触点) |
线故障检测 LFD | 断线 ≤0.1 mA / 短路 ≥6.5 mA,NE44 LED 指示 + 可关断 | 同左 | 线故障透明 LFT:故障态通过输出阻抗变化直接被 SIS 卡件识别 |
消耗电流 / 功耗 | ≤30 mA / ≤500 mW | 30…20 mA / ≤800 mW | 35…25 mA / ≤750 mW |
适用场合 | 直接驱动接触器线圈、报警灯等强电负载 | 高速数字量进 PLC | 安全仪表系统(SIS)DI 卡件,故障态可分辨 |
表 5B:SON 后缀 .R1/.R2/.R3 输出特性对照(原厂功能安全手册数据)
后缀 | 1 信号 | 0 信号 | 故障 | 适配提示 |
无后缀 | 1.8 kΩ | 14 kΩ | >100 kΩ | 符合 EN 60947-5-6 的标准阻性特性 |
.R1 | 6.5 V 压降 | 33 kΩ + 6.5 V 压降 | >100 kΩ | 例:横河 ProSafe 16 通道 DI 卡 SDV144(外阻 >2 kΩ) |
.R2 | 5 kΩ | 15 kΩ | >100 kΩ | 按卡件输入特性选择 |
.R3 | 100…600 Ω | 19 kΩ | >100 kΩ | 按卡件输入特性选择 |
为什么这张表重要:SON 的三态输出是让 SIS/DCS 输入卡件在数字量信号线上直接分辨"1 / 0 / 线故障"三种状态的关键——选错 .R 后缀,卡件读不到正确的阻抗特性,故障态会被当成正常信号,这在安全回路里是致命的。渠道页几乎从不讲这张表。
表 5C:模拟输入三兄弟 STC / UT2 / RR2 —— 差异在"现场传感器类型"
参数项 | KCD2-STC-Ex1(SMART 变送器) | KCD2-UT2-Ex1(万用温度) | KCD2-RR2-Ex1(电阻重复器) |
现场侧输入 | 2 线 SMART 变送器 / 电流源,4-20 mA(限约 26 mA) | RTD:Pt10/50/100/500/1000、Cu10/50/100、Ni100、GOST 各型(2/3/4 线);热电偶:B/E/J/K/N/R/S/T + L + TXK/TXKH/TXA;电位计 0-20 kΩ;电压 −100…100 mV | RTD / 电位计的电阻值(2/3/4 线,引线电阻 ≤10% 电阻值) |
控制侧输出 | 4-20 mA(源/沉 DIP 可选)或 1-5 V;负载 0…300 Ω(有源) | 0/4-20 mA,源(负载 0…550 Ω)/ 沉(5…30 V);故障信号按 NE43:下限 0 或 2 mA、上限 21.5 mA | 电阻输出(检测电流 0…10 mA;控制卡如同直连现场电阻) |
精度 | ≤±20 µA(.ES 版,含校准/线性/迟滞) | —(组态级精度见数据表) | 0.1%(Im≥1 mA 时 ±0.1% R 或 ±0.1 Ω) |
HART | 双向透明;端子 6-8 间内置 250 Ω HART 电阻;集成手操器测试插座 | —(用 PACTware 软件组态,另有编程插座) | — |
响应时间 | 模拟量直通 | 800 ms…2.05 s(按输入类型与诊断设置) | 建立 ≤5 ms |
消耗 / 功耗 | ≤45 mA @24 V / ≤800 mW(≤1.1 W) | 0.98 W | <28 mA / 0.35 W @24 V |
冷端补偿 | — | 内 / 外可选(可拆卸端子 KC-CJC-**) | — |
货号 | 70150439(EAN 4050143568987) | — | — |
表 5D:输出侧 SCD / SCS / SLD —— 向危险区"送"信号的三种方式
参数项 | KCD2-SCD-Ex1(电流驱动) | KCD2-SCS-Ex2(AI+AO 合一) | KCD2-SLD-Ex1.****(电磁阀驱动) |
控制侧输入 | 4-20 mA(限约 26 mA);开路阻抗 >100 kΩ(供监控) | 0/4-20 mA,源/沉可选 | 回路供电 19-30 V / 0-5 V 逻辑,或总线供电(15-30 V,限流 5 mA);测试脉冲免疫 ≤2 ms |
现场侧输出 | 4-20 mA,负载 0…650 Ω,≥13 V @ 20 mA | AO:0/4-20 mA,负载 ≤650 Ω,≥13 V;AI:变送器供电 ≥15 V @ 20 mA | 按规格码:.1045 = 45 mA @ 10 V;.1065 = 65 mA @ 10 V(Ri 80 Ω,Us≈16.4 V);.1245 = 45 mA @ 12 V(Ri 240 Ω,Us≈24.6 V);.1545 按命名规律为 15 V/45 mA(下单前以数据表核对) |
HART | 双向透明(定位器/I-P) | 透明 | — |
精度 / 频响 | ≤±0.1%;0…3 kHz;上升 ≤10 ms(.ES 版) | ≤±20 µA;0…3 kHz;建立 ≤200 ms | 负载范围 0.05…18 kΩ(LFD 有效区);故障信号触点 30 V DC / 0.5 A |
消耗 / 功耗 | ≤30 mA / ≤600 mW @ 20 mA·500 Ω | max 88 mA @24 V / max 2.1 W | 80 mA @24 V / 1.3 W(.1065) |
通道数 | 1 | 2(每通道独立设 AI 或 AO) | 1 |
货号 | —(美国站标"不再销售",.ES 版承接) | 70166762(Ex2)/ 70166764(Ex2.SP)/ 70166765(-2)/ 70166766(-2.SP);.1245 对应订货号 95220739 同族 | — |
发布背景 | 经典款 | 2023 年 4 月发布:原厂官方资料明确其"合并 KFD2-SCD2-Ex2.LK + KFD2-STC4/5-Ex2 两款功能"——一个模块同时做定位器控制(AO)与位置反馈(AI) | 功能安全回路专用 |
六、本安实体参数对照表|选型的硬约束,必须与现场设备匹配
铁律:关联设备的 Uo / Io / Po 必须不大于现场设备的 Umax / Imax / Pmax(并核对 Co / Lo 允许的电缆电容电感)。不同子系列的本安参数完全不同——"都是 KCD2"不代表参数兼容。
子系列 | 本安端子 | Uo | Io | Po | 备注 |
KCD2-SR-Ex1.LB / SON-Ex2.R1 | 现场侧 1+, 2- | 10.5 V | 17.1 mA | 45 mW(线性特性) | 典型 NAMUR 供电参数 |
KCD2-SR-Ex2 | 现场侧 | 10.5 V | 17.1 mA(新页)/13 mA(早期数据表) | 45 mW / 34 mW | 新旧数据表口径并存,以最新版为准 |
KCD2-STC-Ex1 | 1+, 2-(有源供电端) | 25.2 V | 100 mA | 630 mW(Ci 5.7 nF) | 驱动 2 线变送器;3+, 4- 为无源端(Ui 30 V / Ii 128 mA) |
KCD2-RR2-Ex1 | 现场侧 | 9.5 V | 39.22 mA | 93 mW | 电阻检测回路 |
KCD2-SLD-Ex1.1245 | 1+, 2-(输出端) | 26 V | 110 mA | 715 mW | Co=99 nF / Lo=2.9 mH(IIC) |
本机安装区域 | 模块本体安装于安全区或 Zone 2(本机多为 Ex ec IIC T4 Gc);Ex ia 标记形如 II (1)G [Ex ia Ga] IIC · II (1)D [Ex ia Da] IIIC · I (M1) [Ex ia Ma] I | ||||
七、核心通用技术参数表|全家族共性的部分
参数项 | 数值 | 说明 |
供电 | 19…30 V DC(波纹 ≤10%) | 端子 9+/10- 或 Power Rail 母排;系统级须配电源馈电模块(如 KFD2-EB2,内置熔断器组保护 + 集体故障触点) |
输入标准(数字侧) | EN 60947-5-6(NAMUR) | 开路电压约 10 V(部分新版数据表 8 V)/ 短路电流约 8 mA;切换点 1.2…2.1 mA;迟滞约 0.2 mA;断线 ≤0.1 mA、短路 ≥6.5 mA |
功能安全 | 多数 SIL 2(SC 3);SLD 全系与 .ES 后缀为 SIL 3 | IEC/EN 61508(UT2 同时符合 IEC 61511);SIL 应用须按原厂功能安全手册执行(含 Proof Test 周期) |
电气隔离 | 输入/输出、输入/供电:增强绝缘 300 Veff | 输出/供电、输出/输出:基本绝缘 50 Veff(SR 为全程增强 300 Veff) |
环境温度 | 多数 −20…+60 °C;.SP 新版、SCS、SCD、RR2 为 −40…+70 °C | SLD 有降额限制,见数据表 derating 章节 |
防护 / 安装 | IP20;35 mm DIN 导轨(EN 60715) | A2 壳型;可拆卸端子(绿色 = 控制侧,蓝色 = 现场侧);LED 状态 + DIP 组态;NE44 故障指示 |
外形尺寸 | 12.5 × 119 × 114 mm(SR/SOT/SON/RR2/SLD);12.5 × 124 × 114 mm(STC/UT2/SCD/SCS) | 宽 × 高 × 深;质量约 100 g(SLD 约 150 g) |
认证体系 | ATEX / IECEx / UL(cULus 控制图)/ FM / CSA | 控制图编号逐款不同(如 SR-Ex2 = 116-0477、SON = 116-0374、SCD-Ex1.ES = 116-0471、RR2 = 116-0332),北美应用必须按控制图安装 |
八、六步选型法|每一步都在排除一批错误选项
第一步:定信号方向。现场设备是"读"还是"驱动"?读开关量 → DI 三兄弟;读模拟量 → AI 三兄弟;驱动定位器 → AO;驱动电磁阀 → DO。这一步直接排除 3/4 的型号。
第二步:定现场设备类型。NAMUR 接近开关/干接点 → SR/SOT/SON;2 线变送器 → STC;RTD/热电偶 → UT2(要电阻直通则 RR2);定位器 → SCD/SCS;电磁阀/声光报警 → SLD。
第三步:定输出形式(DI 侧最易选错)。驱动强电负载(接触器、报警灯)→ SR 继电器(253 V AC/2 A);进 PLC 高速 DI → SOT 晶体管(≤5 kHz);进 SIS/DCS 卡件且要分辨故障态 → SON 三态(按卡件选 .R1/.R2/.R3)。
第四步:核本安参数与认证。Uo/Io/Po 对照现场设备 Umax/Imax/Pmax;出口北美核对 UL 控制图;含氢等 IIC 场景按证书核对。
第五步:定 SIL 等级。SIL 2 回路用基础版即可;SIL 3 回路必须选 SLD(DO)或 .ES 强化版(STC-Ex1.ES / SCD-Ex1.ES)——订成基础版则安全等级不达标。
第六步:定端子形式与供电方案。螺钉端子(无后缀)vs 弹簧直插(.SP);单模块可端子 9+/10- 直接供电,3 位以上建议 Power Rail 母排(UPR-03 系列)+ KFD2-EB2 馈电模块——集体故障信息只有经 Power Rail 才能汇总输出。
九、系统配件清单|只订模块不订供电方案,是头号遗漏
配件 | 货号 / 规格 | 作用 |
Power Rail 通用母排 | UPR-03(2 m)/ UPR-03-M(1.6 m)/ UPR-03-S(0.8 m) | 嵌入标准 35 mm DIN 导轨,模块即卡即得电;省去逐台接线,扩容只需再卡一只模块 |
电源馈电模块 | KFD2-EB2 | 把 24 V 电源耦合进母排,内置熔断器做组保护;各模块的集体故障信息经母排汇至其无电位触点输出 |
端子备件 | KC-ST-5GN(绿色 2 位螺钉)/ KC-STP-5BU(蓝色、带测试插座) | KCD2 端子可拆卸,损坏可单独更换 |
冷端补偿端子 | KC-CJC-** | UT2 用热电偶 + 内部冷端补偿时选配 |
编码销 / 线梳 | KF-CP(红色,20×6 包装)/ K-DUCT-BU | 防止现场侧/控制侧端子插反;线梳整理现场侧布线 |
组态软件 | PACTware / powerfit | UT2 等可组态模块的参数设置与项目文档 |
十、与兄弟系列的横向对照|KCD2 不是唯一选择,但它最省柜内空间
系列 | 定位 | 与 KCD2 的关系 |
KCD2(本篇) | 12.5 mm 超薄隔离式安全栅家族 | 同功能下柜内密度最高;SCS 已把 KFD2 两款功能合一,是官方主推的整合方向 |
KFD2 经典系列 | K 系统经典家族(功能谱系更宽,含特殊功能模块) | 并行销售;SCS 官方资料明确"合并 KFD2-SCD2-Ex2.LK + KFD2-STC4/5-Ex2"——新旧平台的功能承接关系有据可查 |
Z 系列齐纳栅 | 无源齐纳安全栅 | 无需供电、单价低,但无电气隔离、要求全装置等电位接地——改造项目若已有齐纳栅架构,别直接拿 KCD2 替换 |
KFA5 / KFA6 | 现场安装型本安放大器 | 装在危险区附近的现场型方案(如 KFA5-SR2-Ex2.W),与机柜内安装的 KCD2 场景不同 |
安全区隔离款 | KCD2-xx-1 / -2(无 Ex) | 同一壳体、同一功能的非本安版:无危险区认证,仅做隔离/转换——中文渠道常与非 Ex 款混编 |
十一、典型应用场景
石化 / 油气 SIS 回路:ESD 切断阀电磁阀由 KCD2-SLD(SIL 3)驱动,阀位回讯接近开关接 SON 进 SIS 卡件,故障态可分辨。
罐区仪表回路:液位/压力变送器接 STC-Ex1(HART 透明,手操器经测试插座直连),温度点接 UT2-Ex1。
阀门定位器控制:一台 SCS-Ex2 双通道——通道 1 作 AO 控制定位器开度,通道 2 作 AI 回收 4-20 mA 位置反馈。
医药 / 精细化工:洁净区 NAMUR 接近开关限位经 SR-Ex1.LB 一分二,同时送 DCS 与联锁继电器。
老旧装置 DCS 改造:原电阻输入卡不动,RR2-Ex1 把危险区 RTD 电阻值"原样"隔离转传,免换卡件。
现场声光报警:SLD 驱动危险区蜂鸣器/防爆警示灯(.1065 = 65 mA @10 V),测试脉冲免疫保证在线巡检不掉线。
