齐纳式安全栅的工作原理过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院课件.ppt
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1、过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第1页页知识目标:知识目标:掌握安全栅和信号分配器的作用及使用方法掌握安全栅和信号分配器的作用及使用方法 了解变频器在过程控制系统中的应用方案了解变频器在过程控制系统中的应用方案 掌握电源箱、电源分配器的使用方法掌握电源箱、电源分配器的使用方法技能目标:技能目标:能运用安全栅和本安仪表构成安全火花防爆系统能运用安全栅和本安仪表构成安全火花防爆系统 能完成实际控制系统供电和信号连接能完成实际控制系统供电和信号连接过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第2页页5.1
2、 5.1 安全栅安全栅5.2 5.2 信号分配器信号分配器5.3 5.3 变频调速器变频调速器5.4 5.4 电源箱及电源分配器电源箱及电源分配器过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第3页页5.1 安全栅安全栅 安全栅是构成安全火花防爆系统的关键仪表安全栅是构成安全火花防爆系统的关键仪表,安装在控,安装在控制室内,是控制室仪表和现场仪表之间的关联设备。其作制室内,是控制室仪表和现场仪表之间的关联设备。其作用是:用是:系统正常时保证信号的正常传输;故障时限制进入系统正常时保证信号的正常传输;故障时限制进入危险场所的能量,确保系统的安全火花性能。危
3、险场所的能量,确保系统的安全火花性能。目前常用的安全栅有:目前常用的安全栅有:齐纳式安全栅齐纳式安全栅和和变压器隔离式安全栅变压器隔离式安全栅。过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第4页页安全栅的品种安全栅的品种:过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第5页页一、齐纳式安全栅一、齐纳式安全栅1.1.齐纳式安全栅的工作原理齐纳式安全栅的工作原理 齐纳安全栅是基于齐纳二极管反向击穿特性工作的齐纳安全栅是基于齐纳二极管反向击穿特性工作的。由由限压电路限压电路,限流电路限流电路和和熔断器熔断器三部分组成。
4、其原理三部分组成。其原理电路如图所示:图中电路如图所示:图中R R为限流电阻,为限流电阻,VZ1VZ1、VZ2VZ2为齐纳为齐纳二极管,二极管,FUFU为快速熔断器。为快速熔断器。齐纳式安全栅原理图 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第6页页系统正常系统正常工作时,工作时,安全侧电压安全侧电压U1U1低于齐纳二极管的击低于齐纳二极管的击穿电压穿电压U0U0,齐纳二极管截止,安全栅不影响正常的工作电齐纳二极管截止,安全栅不影响正常的工作电流。流。但现场发生事故但现场发生事故,如短路,利用电阻,如短路,利用电阻R R进行限流,进行限流,避避免进入
5、危险场所的电流过大免进入危险场所的电流过大;当安全侧电压当安全侧电压U1U1高于齐纳二高于齐纳二极管的击穿电压极管的击穿电压U0U0时,时,齐纳二极管击穿,进入危险场所的齐纳二极管击穿,进入危险场所的电压被限制在电压被限制在U0U0上,上,同时安全侧电流急剧增大,快速熔断同时安全侧电流急剧增大,快速熔断器器FUFU很快熔断,很快熔断,从而将可能造成危险的高电压立即和现场从而将可能造成危险的高电压立即和现场断开,保证了现场的安全。断开,保证了现场的安全。并联两个齐纳二极管是增加安并联两个齐纳二极管是增加安全栅的可靠性全栅的可靠性。齐纳式安全栅的工作原理齐纳式安全栅的工作原理过程控制仪表及装置过程
6、控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第7页页齐纳安全栅齐纳安全栅优点是采用的器件非常少,体积小,价优点是采用的器件非常少,体积小,价格便宜格便宜;缺点是缺点是齐纳式安全栅必须本安接地,且接地电阻必齐纳式安全栅必须本安接地,且接地电阻必须小于须小于11;危险侧本安仪表必须是隔离型的;齐纳安全栅对供危险侧本安仪表必须是隔离型的;齐纳安全栅对供电电源电压响应非常大,电电源电压响应非常大,电源电压的波动可能会引起齐电源电压的波动可能会引起齐纳二极管的电流泄漏纳二极管的电流泄漏,从而引起信号的误差或者发出错,从而引起信号的误差或者发出错误电平,严重时会使快速熔断器烧断。误电平
7、,严重时会使快速熔断器烧断。齐纳式安全栅的优缺点齐纳式安全栅的优缺点过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第8页页图中图中24V DC24V DC的电源一方面通过安全栅向二线制变的电源一方面通过安全栅向二线制变送器供电,送器供电,同时将同时将二线制变送器产生的二线制变送器产生的4-20mA DC4-20mA DC的信的信号传送过来,由号传送过来,由250250精确电阻转换为精确电阻转换为1-5V DC1-5V DC的电压的电压信号送显示仪表或控制器,信号送显示仪表或控制器,当然变送器传送来的信号当然变送器传送来的信号也可通过信号分配器也可通过信号
8、分配器,其输出的多路信号可分别送显示其输出的多路信号可分别送显示仪表和调节仪表。仪表和调节仪表。二线制变送器和齐纳安全栅的连用二线制变送器和齐纳安全栅的连用 过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第9页页 齐纳安全栅和电气转换器的连用齐纳安全栅和电气转换器的连用 控制器的输出控制器的输出往往送给电气转换器或电气阀门定位器,由气动执行往往送给电气转换器或电气阀门定位器,由气动执行器实现对被控对象的调节。器实现对被控对象的调节。由于控制器的输出方式不由于控制器的输出方式不同同,和安全栅有两种不同的连接方法。和安全栅有两种不同的连接方法。过程控制仪表及
9、装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第10页页 发射极输出型的控制器可以和安全栅共地发射极输出型的控制器可以和安全栅共地,故可故可采用单通道保护的安全栅;而集电极输出型的控制采用单通道保护的安全栅;而集电极输出型的控制器,它的两个输出端都不接地,故需采用双通道齐器,它的两个输出端都不接地,故需采用双通道齐纳安全栅。纳安全栅。过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第11页页二、变压器隔离式安全栅二、变压器隔离式安全栅变压器隔离式安全栅利用变压器或电流互变压器隔离式安全栅利用变压器或电流互感器将供电电源、信号输入端
10、和信号输出端进感器将供电电源、信号输入端和信号输出端进行电气隔离,同时通过电子电路行电气隔离,同时通过电子电路(限能器限能器)限制限制进入危险场所的能量进入危险场所的能量。变压器隔离式安全栅分。变压器隔离式安全栅分为为检测端安全栅检测端安全栅(输入式安全栅)和(输入式安全栅)和操作端安操作端安全栅全栅(输出式安全栅)两种。(输出式安全栅)两种。过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第12页页1.1.检测端安全栅的作用检测端安全栅的作用(一一)检测端安全栅检测端安全栅 (1 1)把)把来自现场变送器来自现场变送器的的4 420mADC20mADC电
11、流经电流经隔离隔离变压器变压器1:11:1地转换成地转换成1 15V DC5V DC信号或信号或4 420mA DC20mA DC信号信号输出至控制输出至控制室仪表(计算机)室仪表(计算机)。(2 2)为现场两线制变送器提供)为现场两线制变送器提供24V DC24V DC直流电源直流电源(3 3)利用限流、限压电路使得任何情况下送往危险场所的)利用限流、限压电路使得任何情况下送往危险场所的电压不超过电压不超过30V DC30V DC、电流不超过、电流不超过30mADC 30mADC,从而保证了危险,从而保证了危险场所的安全。场所的安全。过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰
12、州石化职业技术学院EXIT第第13页页2.检测端安全栅的构成原理检测端安全栅的构成原理(1)(1)外型结构外型结构(2)(2)输入输出特性输入输出特性IiKVA0(3)(3)结构组成及工作原理结构组成及工作原理IiVo24V DC12567 8输入端输入端输出端输出端Io420 mA15 V420 mA过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第14页页有六部分组成:有六部分组成:1.直流直流-交流变换器交流变换器 2.整流滤波电路整流滤波电路 3.整流滤波电路整流滤波电路4.电流电压限制电路电流电压限制电路 5.隔离变压器隔离变压器 6.共基极放大
13、电路共基极放大电路现场现场变送器变送器调调节节器器T124V DC电流电压电流电压限制电路限制电路共基极共基极放大电路放大电路DC/AC交直交直流变换器流变换器计计算算机机整流滤整流滤波电路波电路隔离隔离变压器变压器整流滤整流滤波电路波电路e0e1e2IiVOABU-I15 V420 mA+-+-+VC5VC3调制器调制器解调器解调器隔离隔离电源电源变压器变压器T2输入端输入端输出端输出端结构组成结构组成过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第15页页DC/AC/DCDC/AC/DC交换器:实现交换器:实现“隔离供电隔离供电”它是一个磁耦合它是一
14、个磁耦合对称推挽式多潜振荡器对称推挽式多潜振荡器24DCeoe124DCeoe1、e2e2方波,(方波,(8KHz8KHz)整流滤波与输入调制电路整流滤波与输入调制电路 e e1 1DD5-85-8CC3 3VVc3c3为(解调)输出电路提供电源为(解调)输出电路提供电源 e e2 2DD1010-D-D1313CC5 5VVc5c5限压限流电路电源限压限流电路电源 e e2 2DD1010、D D1111,D D1414、D D1515(开关)(开关)IieIieT21T21、e eT22T22eiei1.21.2 e e2 2DD1010-D-D1515VVc7c7为现场变送器提供为现场变
15、送器提供24VDC24VDC电源电源工作原理工作原理过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第16页页共基解调放大与输出(解调)回路共基解调放大与输出(解调)回路 将将eiei1 1、2 2II0 0 4 420mA V20mA V0 0 1-5VDC W 1-5VDC W2 2调零调零晶体管限压限流电路(限能器)晶体管限压限流电路(限能器)作用:作用:对到现场的能量进行限制,(限压、限流)对到现场的能量进行限制,(限压、限流)过压保护过压保护(限压作用):(限压作用):正常时:正常时:DWDW1 1不导通;不导通;BGBG7 7截止;截止;BGB
16、G8 8饱和导通;饱和导通;V VABAB=V=VC C7=24V7=24V过压时:过压时:DWDW1 1导通导通 BGBG7 7饱和导通;饱和导通;BGBG8 8截止;截止;V VABAB=0=0 过流保护(限流作用):过流保护(限流作用):正常时正常时:I I入入正常正常 V VR14R14小小BGBG7 7截止、截止、BGBG8 8饱和导通;饱和导通;I I入入=I=I入入过流时过流时:I I入入 V VR14R14BGBG7 7导通导通VVC7C7 V VB8B8 BG BG8 8放放大区大区 I IC8C8=I=IB8B8 I I入入=I=IC8C8=I=IB8B8 过程控制仪表及装
17、置过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院兰州石化职业技术学院EXIT第第17页页1.操作端安全栅的操作端安全栅的 作用作用(二二)操作端安全栅操作端安全栅(1 1)把来自)把来自控制室仪表控制室仪表的的4 420mA DC20mA DC电流经电流经隔离隔离变压器变压器1:11:1地转换成地转换成1 15V DC5V DC直流电压信号或直流电压信号或4 420mA DC20mA DC直流电流直流电流信号信号输出至现场执行器。输出至现场执行器。(2 2)利用限流、限压电路使得任何情况下送往危险场所利用限流、限压电路使得任何情况下送往危险场所的电压不超过的电压不超过30V DC30V DC、电流不超
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