CPT-Z-12.7/131過電壓保護器的使用

時間：2022-12-15作者：醴陵市湘創(chuàng)電器有限公司瀏覽：86

 
安全柵
本質安全型防爆儀器儀表的關聯設備，在正常情況下不影響測量系統(tǒng)的功能。它設置在安全場所的一側，當本安防爆系統(tǒng)發(fā)生故障時，能將竄入危險場所的能量（電能）限制在安全值以內，從而現場生產安全。
作為工業(yè)現場與控制室儀表之間的信號隔離變送器設備，信號隔離器和安全柵一直發(fā)揮著重要的作用，是工業(yè)控制系統(tǒng)中重要的組成部分。隨著技術的進步，無論是現場的一次儀表，還是控制系統(tǒng)，都發(fā)生了變化，信號隔離器和安全柵也需要進一步發(fā)展適應高的要求。山東飛創(chuàng)儀表有限公司總結多年來的實踐經驗，對產品進行了改進，對隔離器和安全柵的性能進行了提升，以滿足市場的需求。新型的隔離器和安全柵在性能和技術指標上都較過去有了大的進步。
模塊化的設計對市場的響應
隔離器和安全柵一般由輸入信號處理單元、隔離單元、輸出信號處理單元、電源等4部份構成。根據信號的流向在輸入或輸出單元增加本質安全設計，從而構成隔離器和安全柵。
雖然實際應用中的隔離器和安全柵基本上都是由上述四個單元構成，但輸入、輸出的類型和數量的不同，組成了種類繁多的型號，為了滿足市場的需求，越來越多的型號使得企業(yè)的生產負擔加重，數量少品種多使得交貨周期越來越長，也使得調試檢驗的成本增加。這些情況已經嚴重的阻礙了產品的市場推廣。針對這種情況，宇通公司通過仔細的分析，采用模塊化的設計方法，將隔離器和安全柵劃分為七種功能模塊，從而比較好的解決了上述問題。模塊化的設計方法較大的解決了產品加工、調試、老化、庫存的壓力，產品的一致性好，質量得到提高。從根本上解決了品種多數量少給生產環(huán)節(jié)帶來的壓力，較大的縮短了交貨周期。
低功耗設計
低功耗是電子產品設計永無止境的追求，伴隨技術的發(fā)展，目前隔離器和安全柵的功耗與過去相比，已經減小許多，性能和技術指標也得到提高。
產品的功耗是各個功能單元功耗的總和，只有降低各個功能單元的功耗才能使得總得功耗降低，增加產品的熱穩(wěn)定性和壽命。隔離器和安全柵由輸入、輸出、隔離、電源、安全等單元構成，其中安全單元是無源的限壓限流網絡，技術上進行低功耗改進的可能性非常小。主要在輸入、輸出、電源、隔離四個單元進行技術改進
輸出單元模塊的自適應負載技術
       輸出模塊可以根據負載的大小動態(tài)調整輸出模塊的輸出功率，從而減少自身的發(fā)熱。傳統(tǒng)的負載設計是根據額定負載的大小設計輸出功率，當輸出負載非常小時，多余的負載功率就耗散在儀表內部，從而時儀表自身發(fā)熱。假設一臺隔離器的輸出負載設計為750歐姆，那么輸出驅動功率一般設計為0.5W。如果在實際應用中此隔離器的負載使用在50歐姆的環(huán)境下，那么就有 0.5W – 0.02W = 0.48W的功率轉換為儀表自身的發(fā)熱。如果時多路輸出將產生多的熱量，而降低輸出模塊的額定功率在實際應用中又難以應付市場的復雜狀況。測試條件：電源24DC；負載變化 50歐姆～750歐姆 輸出模塊類型 標準輸出模塊 自適應負載輸出模塊 模塊的耗散功率（50Ω） 320mW 10mW 模塊的耗散功率（250Ω） 220mW 10mW 模塊的耗散功率（500Ω） 120mW 10mW 模塊的耗散功率（750Ω） 20mW 10mW 負荷檢測可以根據負載的大小調整輸出功率，較大的減少了輸出模塊的發(fā)熱，用戶在定貨時無須說明負載大小，較大的方便了用戶的使用和緩解了庫存壓力。
 
隔離單元模塊的低功耗改進
       隔離單元是決定產品技術指標的重要單元。
目前隔離技術主要有磁隔離與光隔離兩大類。隔離電路形式有直接調制耦合，反饋調制耦合等多種形式，具體采用什么形式要根據產品的技術指標而定。 總的來講可以大致分為開關量信號采用光隔離，模擬量信號采用磁隔離的方式。從技術復雜程度來看，磁隔離比光隔離處理技術復雜，采用磁隔離技術， 設計者可以根據技術指標采用合適的設計方案，隔離的線性、精度可以根據產品要求靈活控制。而光隔離的線性、精度只能依賴器件廠家提供的技術指標， 設計人員可以調整的方式很少，也不可能**過廠家提供的技術指標。由于功耗大，光電隔離也不能實現無源隔離。山東飛創(chuàng)儀表有限公司采用電流互感模式、電流互感反饋模式、 電壓互感模式、電壓互感反饋模式、電流互感功率補償模式等多種磁隔離方式。根據產品的特點選擇不同的磁隔離模式。 上述隔離模式中，電流互感功率補償模式是功耗*低的模式，目前在新一代的無源隔離安全柵中使用，在技術指標的同時，降低了隔離單元的功耗。
       電源的技術指標是基礎，決定產品的性能。目前流行的電源拓撲形式雖然非常多，也很成熟。但我們在隔離器和安全柵的電源設計中進行了技術創(chuàng)新，目前采用的參數式開關穩(wěn)壓電源設計獲得了的發(fā)明**。根據隔離器和安全柵的特點，參數式開關穩(wěn)壓穩(wěn)壓電源提升了效率，降低了電源的復雜程度。從工藝和成本上得到改進，減少了產品的故障率。
      傳統(tǒng)的隔離器和安全柵均為有源，需要外接24V直流電源。而無源隔離器和安全柵不需要外接24V直流電源，接線數量減少了三分之一，降低了安裝和維護難度。因此，無源隔離器和安全柵的應用越來越廣泛，特別是在DCS和PLC系統(tǒng)的接口應用中，普遍采用無源隔離器和安全柵的設計模式。
隔離器和安全柵一般由輸入信號處理單元、隔離單元、輸出信號處理單元、電源等4部份構成。根據信號的流向在輸入或輸出單元增加本質安全設計，從而構成隔離器和安全柵。
雖然實際應用中的隔離器和安全柵基本上都是由上述四個單元構成，但輸入、輸出的類型和數量的不同，組成了種類繁多的型號，為了滿足市場的需求，越來越多的型號使得企業(yè)的生產負擔加重，數量少品種多使得交貨周期越來越長，也使得調試檢驗的成本增加。這些情況已經嚴重的阻礙了產品的市場推廣。針對這種情況，宇通公司通過仔細的分析，采用模塊化的設計方法，將隔離器和安全柵劃分為七種功能模塊，從而比較好的解決了上述問題。模塊化的設計方法較大的解決了產品加工、調試、老化、庫存的壓力，產品的一致性好，質量得到提高。從根本上解決了品種多數量少給生產環(huán)節(jié)帶來的壓力，較大的縮短了交貨周期。
無源隔離器和安全柵是指無須外接24V直流電源，其工作所需要的能量來源于表示信號的4 ~ 20mA電流。因此，無源隔離器和安全柵的功耗必須非常小，是一種微功耗的設計應用。低的功耗和高的輸入、輸出線性是衡量無源隔離器和安全柵的關鍵指標。
在工業(yè)生產過程中，生成過程的監(jiān)視和控制中要用到各種各樣的儀器儀表，會產生各種各樣的信號：既有微弱的毫伏級的小信號，又有數十伏的大信號，甚至還有高達數千伏和數百安培的強信號；既有直流低頻信號，也有高頻或脈沖尖峰信號；而這些信號都要經過互相傳遞和輸送的過程，因此如何這些信號，特別是模擬信號在傳輸過程中不失真將成為系統(tǒng)調試中必須解決的問題。
具體地說，只有當控制裝置和分布在現場的傳感器和執(zhí)行器之間的模擬信號傳輸無故障并且不失真時，才能過程控制。尤其是小功率的模擬信號在干擾大的工業(yè)環(huán)境中傳輸時受各種外部干擾信號的影響，它們需要一條的傳輸通道。日常工作經驗表明，受設備要求的制約，必須謹慎小心的處理和傳輸模擬信號。而現場和控制層之間以模擬信號形式傳輸的測量和控制參數，在傳輸工程中常處于較惡劣的工業(yè)環(huán)境中，很可能會造成這些信號的失真。要使信號完整而不失真地傳輸，理想化的情況是所有設備、儀表中的信號都有一個共同的參考點，也就是有一個共同的“地”。只有這樣，所有的設備、儀表的信號參考點之間電位差才能為“零”。很顯然，不同設備的接地電阻很難都相等，接地電阻也會隨著傳輸距離的增加而升高，有時甚至產生高達200V的電位差。電磁干擾問題：這是比較常見的干擾，特別是在長距離或者干擾較大的工業(yè)環(huán)境中，很難避免感性和容性干擾在測量回路中相互參雜的情況。一種方案是現場儀表不接地，使過程環(huán)路中只有一個接地點，但在實際應用中，這種方案往往難以實現，因為某些設備必須接地才能測量精度或確保人身安全，某些設備可能因為長期遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點。
 
二種方案是使兩接地點的電勢相同，但由于接地點的電阻受地質條件及氣候變化等眾多因素的影響，這種方案通常是很難實現的。本質安全型防爆儀器儀表的關聯設備，在正常情況下不影響測量系統(tǒng)的功能。它設置在安全場所的一側，當本安防爆系統(tǒng)發(fā)生故障時，能將竄入危險場所的能量（電能）限制在安全值以內，從而現場生產安全。
作為工業(yè)現場與控制室儀表之間的信號隔離變送器設備，信號隔離器和安全柵一直發(fā)揮著重要的作用，是工業(yè)控制系統(tǒng)中重要的組成部分。隨著技術的進步，無論是現場的一次儀表，還是控制系統(tǒng)，都發(fā)生了變化，信號隔離器和安全柵也需要進一步發(fā)展適應高的要求。山東飛創(chuàng)儀表有限公司總結多年來的實踐經驗，對產品進行了改進，對隔離器和安全柵的性能進行了提升，以滿足市場的需求。新型的隔離器和安全柵在性能和技術指標上都較過去有了大的進步。
三種方案是在過程環(huán)路中使用信號隔離器。信號隔離器采用隔離技術，斷開過程環(huán)路中的直接電路（直流通路）但又不影響過程信號的正常傳輸，從而解決了上述問題
當然，我們也可以用DCS的隔離卡鍵或帶隔離能力的變送器實現信號隔離，但它們價格昂貴，而且他們的隔離強度、抗無限射頻/電磁干擾（RFI/EMI）指標及應用靈活性比信號隔離器差，不可能像信號隔離器那樣還可解決信號轉換及信號分配等問題。
目前，信號隔離（變換）器從隔離方式上主要分為：變壓器隔離方式，光電隔離方式和變壓器與光電聯合隔離方式等幾種。
信號隔離器至今已有40多年的歷史，早期的信號隔離器（如美國MOORE，日本M-SYSTEM等）都是采用變壓器隔離方式，它的特點是：性能穩(wěn)定，壽命長（比如：日本M-SYSTEM公司的M2系列隔離變換器標稱的使用壽命長達70年?。瑤ж撦d能力強，隔離強度高，但電路復雜，制作工藝要求高。
隨著電子技術的發(fā)展，近些年來逐漸出現了利用光耦合器（optical coupler）生產的光電式隔離器，它的特點是：性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，而且線路簡單，廉，但相對于變壓器隔離方式壽命略短。用于對現場儀表的各類信號調整、隔離 ，并轉換 成計算機、DCS、PLC等能接受的標準信號或用戶*的特殊信號。用于從電氣上隔離遠動設備和運行設備的一種器件，如繼電器等。低功耗是電子產品設計永無止境的追求，伴隨技術的發(fā)展，目前隔離器和安全柵的功耗與過去相比，已經減小許多，性能和技術指標也得到提高。
產品的功耗是各個功能單元功耗的總和，只有降低各個功能單元的功耗才能使得總得功耗降低，增加產品的熱穩(wěn)定性和壽命。隔離器和安全柵由輸入、輸出、隔離、電源、安全等單元構成，其中安全單元是無源的限壓限流網絡，技術上進行低功耗改進的可能性非常小。主要在輸入、輸出、電源、隔離四個單元進行技術改進。
隔離單元是決定產品技術指標的重要單元。
目前隔離技術主要有磁隔離與光隔離兩大類。隔離電路形式有直接調制耦合，反饋調制耦合等多種形式，具體采用什么形式要根據產品的技術指標而定。 總的來講可以大致分為開關量信號采用光隔離，模擬量信號采用磁隔離的方式。從技術復雜程度來看，磁隔離比光隔離處理技術復雜，采用磁隔離技術， 設計者可以根據技術指標采用合適的設計方案，隔離的線性、精度可以根據產品要求靈活控制。而光隔離的線性、精度只能依賴器件廠家提供的技術指標， 設計人員可以調整的方式很少，也不可能**過廠家提供的技術指標。由于功耗大，光電隔離也不能實現無源隔離。山東飛創(chuàng)儀表有限公司采用電流互感模式、電流互感反饋模式、 電壓互感模式、電壓互感反饋模式、電流互感功率補償模式等多種磁隔離方式。根據產品的特點選擇不同的磁隔離模式。 上述隔離模式中，電流互感功率補償模式是功耗*低的模式，目前在新一代的無源隔離安全柵中使用，在技術指標的同時，降低了隔離單元的功耗。信號變送器產品主要用于0-5K，0-10K等位移或角度傳感器信號的隔離與變送 (傳感器需用戶自己配)，在工業(yè)上主要用于信號的隔離與變送。該變送器輸入采用恒壓驅動，適用于3線傳感器。如果是2線傳感器，也可以按要求定制成恒流驅動方式。輸入1、輸入2、輸出1、輸出2和輔助電源之間隔離（五隔離），可以承受2500VDC的隔離耐壓。產品采用DIN35**標準導軌安裝方式，體積小、精度高，性能穩(wěn)定、*，可以廣泛應用在石油、、電力、儀器儀表和工業(yè)控制等行業(yè)。
    該系列電子尺信號隔離放大器使用非常方便，僅需接好線，即可實現位移信號的隔離變送。一般認為，不需要外部電源供電即可工作的信號隔離器，是無源隔離器；而有源隔離器則需要專門的外部供電電源，比如24VDC或者220VAC.
無源隔離器的優(yōu)勢
1.使用方便，**經濟，畢竟節(jié)省了為隔離器供電的電源以及電源線；
2.低功耗，高。無源隔離器的功耗很低，比如穩(wěn)鈦克TA2000系列無源隔離器的功耗僅為0.07W/channel（20mA輸出時典型值），比同類作用的有源隔離器要低一個數量級，低的功耗以為著低的發(fā)熱量，從而保隔離器性。
有源隔離器的優(yōu)勢
1.輸入端等效阻抗低，輸出端帶載能力強；
2.輸入信號可以是電流信號也可以是電壓信號或者其他信號，功能加強大?？刂葡到y(tǒng)的電子干擾來源 來自空間的輻射干擾來自空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網絡、電氣設備等的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產生的，通常稱又稱為為輻射干擾，信號隔離柵其分布較為復雜。若PLC 系統(tǒng)置于所射頻場內，就回收到輻射干擾，它的主要影響主要通過兩條路徑；一是直接對PLC 內部的輻射，由電路感應產生干擾；而是對PLC 通信內網絡恩呢剛剛的輻射，由通信線路的感應引入干擾。輻射干擾與現場設備布置及設備所產生的電磁場大小，特別是頻率有關模擬信號隔離器，信號隔離柵一般通過設置的隔離器屏蔽電纜和PLC 局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護的。其次來自系統(tǒng)外引線的干擾這個主要是指主要通過電源和信號線引入，信號隔離柵通常稱為傳導干擾。這種干擾在我國工業(yè)現場較嚴重。
在此來自電源的干擾模擬信號隔離器從實踐中證明，因電源引入的干擾造成PLC 控制系統(tǒng)故障的情況有非常的多，筆者在某工程調試中遇到過，后換隔離性能高的PLC 電源，問題才夠得到解決。
PLC 系統(tǒng)在正常情況下供電電源均由電網供電。由于電網覆蓋范圍廣，將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓和電路。特別是電網內部的變化，開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流轉動裝置引起的諧波、電網短路暫態(tài)沖擊等，都會通過輸電線路到電源邊信號隔離柵。PLC 電源通常采用隔離電源，但它的機構及制造工藝因素使其隔離性并不理想模擬信號隔離器。實際上，由于分布參數特別是分布電容的存在，隔離是不可能實現。
一入一出 通用型信號隔離器給二、三線制變送器提供隔離的直流電源，并檢測來自變送器的4~20mA電流信號，經過隔離、抗干擾抑制等處理后。向控制系統(tǒng)或其他單元組合儀表輸出直流電流或電壓信號。 該隔離配電器采用直流電源供電，輸入-輸出-電源各通道之間相互隔離。
WS4002 電壓/電流警報器的設定方法，以輸入0-5V輸出0-5V為例，低點設置為1V，高點設置為4.5V，回差為0.5%(25mV),開關為常開。
調整輸入信號至1V，調整低點設置點（0.9875-1.0125V），使K1在此點閉合。同時檢查回差，調整輸入信號上升，升至近于1.0125V,K1變?yōu)殚_態(tài)，繼續(xù)上升后回調至0.9875V,K1再次變?yōu)殚]合。用同樣方法調整高位點檢查回差，二個點分別在4.4875V-4.5125V。與此同時模擬輸出精度。
產過程監(jiān)視和控制要用到多種自動化儀表、計算機及相應執(zhí)行機構。過程中的信號既有微弱到毫伏級的小信號,又有數十伏的大信號，甚至還有高達數千伏、數百安培的信號要處理。從頻率上講，有直流低頻范圍的，也有高頻/脈沖尖峰。設備儀表間的互相干擾就成為系統(tǒng)調試中必須要解決的問題。除了電磁屏蔽之外，解決各種設備儀表的“地”，即信號參考點的電位差，將成為重要課題。因為不同設備、儀表的信號要互傳互送，那就存在信號參考點問題。換句話說，要使信號完整傳送，理想化的情況是所有設備儀表的信號有一個共同的參考點，即共有一個“地”。進一步講，所有設備儀表信號的參考點之間電位差為“零”。但是在實際環(huán)境中，這一點幾乎是不可能的，這里面除了各個設備儀表“地”之間的連線電阻產生的電壓降之外，尚有各種設備儀表在不同環(huán)境受到的干擾不同，以及導線接點經受風吹雨淋導致接點質量下降等諸多因素，致使各個“地”之間有差別。以示意圖一為例。圖中標明有兩個現場設備1＃、2＃儀表向PLC傳送信號以及PLC向兩臺現場設備3＃、4＃儀表發(fā)出信號。假定傳送信號均為0-10VDC。理想情況下PLC及兩個現場設備1＃、2＃儀表“地”電位相等，傳送過程中又沒有干擾。這樣從PLC輸入來看，接收正確。但如前所述，兩個現場設備通常有“地”電位差。舉例來講，1#設備“地”與PLC“地”同電位，2#設備比它們的“地”電位高0.1V，這樣1#設備給PLC的信號為0-10V，而2#設備給PLC的為0.1V-10.1V,誤差就產生了.同時1#、2#設備的“地”線在PLC匯合聯接，將0.1V電壓施加在PLC地線條上，可能損壞PLC局部“地”線。同時顯示錯誤的數據。由此引起的問題在現場調試中屢有出現。例如某大型建材公司生產線監(jiān)控系統(tǒng)使用美國AB-PLC外接國內某廠家手操器。AB-PLC的每個數據采集板由八個通道組成，八個通道共用一個12位A/D，模擬量經過變換后由12個光耦隔離器實現與主機隔離。它的八個通道輸入之間沒有隔離，致使在輸入信號時，每個通道單輸入到采集板均正常。但是同時輸入兩個或多于兩個外部信號時，顯示數字亂跳故障無法排除。又如航天某部門使用K型熱偶作為傳感器測試發(fā)動機各點溫度。同上述相似，僅測試一個點時正常。但是向主機接入兩點或兩點以上溫度信號時，顯示的溫度值明顯錯誤。這兩種情況在使用隔離器后，都正常了。
隔離器之所以能起到這個作用，就是它具有使輸入/輸出在電氣上隔離的特點。換句話講，輸入/輸出之間沒有共同“地”，外來信號不管是0-10V，或帶著共模干擾電壓的0-10V經隔離后均為0-10V。即隔離后新建立的“地”與外部設備儀表“地”沒關系。正是由于這個原因，也實現了輸入到PLC主機的多個外接設備儀表信號之間隔離，即它們之間沒有“地”的關系。
上面談了輸入信號和PLC信號的隔離，同樣PLC向外部設備輸出信號也有類似現象問題。顯然采用隔離器就能解決問題。

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