CPT-Z-12.7/131过电压保护器的使用

时间：2022-12-15作者：醴陵市湘创电器有限公司浏览：89

 
安全栅
本质安全型防爆仪器仪表的关联设备，在正常情况下不影响测量系统的功能。它设置在安全场所的一侧，当本安防爆系统发生故障时，能将窜入危险场所的能量（电能）限制在安全值以内，从而现场生产安全。
作为工业现场与控制室仪表之间的信号隔离变送器设备，信号隔离器和安全栅一直发挥着重要的作用，是工业控制系统中重要的组成部分。随着技术的进步，无论是现场的一次仪表，还是控制系统，都发生了变化，信号隔离器和安全栅也需要进一步发展适应高的要求。山东飞创仪表有限公司总结多年来的实践经验，对产品进行了改进，对隔离器和安全栅的性能进行了提升，以满足市场的需求。新型的隔离器和安全栅在性能和技术指标上都较过去有了大的进步。
模块化的设计对市场的响应
隔离器和安全栅一般由输入信号处理单元、隔离单元、输出信号处理单元、电源等4部份构成。根据信号的流向在输入或输出单元增加本质安全设计，从而构成隔离器和安全栅。
虽然实际应用中的隔离器和安全栅基本上都是由上述四个单元构成，但输入、输出的类型和数量的不同，组成了种类繁多的型号，为了满足市场的需求，越来越多的型号使得企业的生产负担加重，数量少品种多使得交货周期越来越长，也使得调试检验的成本增加。这些情况已经严重的阻碍了产品的市场推广。针对这种情况，宇通公司通过仔细的分析，采用模块化的设计方法，将隔离器和安全栅划分为七种功能模块，从而比较好的解决了上述问题。模块化的设计方法较大的解决了产品加工、调试、老化、库存的压力，产品的一致性好，质量得到提高。从根本上解决了品种多数量少给生产环节带来的压力，较大的缩短了交货周期。
低功耗设计
低功耗是电子产品设计永无止境的追求，伴随技术的发展，目前隔离器和安全栅的功耗与过去相比，已经减小许多，性能和技术指标也得到提高。
产品的功耗是各个功能单元功耗的总和，只有降低各个功能单元的功耗才能使得总得功耗降低，增加产品的热稳定性和寿命。隔离器和安全栅由输入、输出、隔离、电源、安全等单元构成，其中安全单元是无源的限压限流网络，技术上进行低功耗改进的可能性非常小。主要在输入、输出、电源、隔离四个单元进行技术改进
输出单元模块的自适应负载技术
       输出模块可以根据负载的大小动态调整输出模块的输出功率，从而减少自身的发热。传统的负载设计是根据额定负载的大小设计输出功率，当输出负载非常小时，多余的负载功率就耗散在仪表内部，从而时仪表自身发热。假设一台隔离器的输出负载设计为750欧姆，那么输出驱动功率一般设计为0.5W。如果在实际应用中此隔离器的负载使用在50欧姆的环境下，那么就有 0.5W – 0.02W = 0.48W的功率转换为仪表自身的发热。如果时多路输出将产生多的热量，而降低输出模块的额定功率在实际应用中又难以应付市场的复杂状况。测试条件：电源24DC；负载变化 50欧姆～750欧姆 输出模块类型 标准输出模块 自适应负载输出模块 模块的耗散功率（50Ω） 320mW 10mW 模块的耗散功率（250Ω） 220mW 10mW 模块的耗散功率（500Ω） 120mW 10mW 模块的耗散功率（750Ω） 20mW 10mW 负荷检测可以根据负载的大小调整输出功率，较大的减少了输出模块的发热，用户在定货时无须说明负载大小，较大的方便了用户的使用和缓解了库存压力。
 
隔离单元模块的低功耗改进
       隔离单元是决定产品技术指标的重要单元。
目前隔离技术主要有磁隔离与光隔离两大类。隔离电路形式有直接调制耦合，反馈调制耦合等多种形式，具体采用什么形式要根据产品的技术指标而定。 总的来讲可以大致分为开关量信号采用光隔离，模拟量信号采用磁隔离的方式。从技术复杂程度来看，磁隔离比光隔离处理技术复杂，采用磁隔离技术， 设计者可以根据技术指标采用合适的设计方案，隔离的线性、精度可以根据产品要求灵活控制。而光隔离的线性、精度只能依赖器件厂家提供的技术指标， 设计人员可以调整的方式很少，也不可能**过厂家提供的技术指标。由于功耗大，光电隔离也不能实现无源隔离。山东飞创仪表有限公司采用电流互感模式、电流互感反馈模式、 电压互感模式、电压互感反馈模式、电流互感功率补偿模式等多种磁隔离方式。根据产品的特点选择不同的磁隔离模式。 上述隔离模式中，电流互感功率补偿模式是功耗*低的模式，目前在新一代的无源隔离安全栅中使用，在技术指标的同时，降低了隔离单元的功耗。
       电源的技术指标是基础，决定产品的性能。目前流行的电源拓扑形式虽然非常多，也很成熟。但我们在隔离器和安全栅的电源设计中进行了技术创新，目前采用的参数式开关稳压电源设计获得了的发明**。根据隔离器和安全栅的特点，参数式开关稳压稳压电源提升了效率，降低了电源的复杂程度。从工艺和成本上得到改进，减少了产品的故障率。
      传统的隔离器和安全栅均为有源，需要外接24V直流电源。而无源隔离器和安全栅不需要外接24V直流电源，接线数量减少了三分之一，降低了安装和维护难度。因此，无源隔离器和安全栅的应用越来越广泛，特别是在DCS和PLC系统的接口应用中，普遍采用无源隔离器和安全栅的设计模式。
隔离器和安全栅一般由输入信号处理单元、隔离单元、输出信号处理单元、电源等4部份构成。根据信号的流向在输入或输出单元增加本质安全设计，从而构成隔离器和安全栅。
虽然实际应用中的隔离器和安全栅基本上都是由上述四个单元构成，但输入、输出的类型和数量的不同，组成了种类繁多的型号，为了满足市场的需求，越来越多的型号使得企业的生产负担加重，数量少品种多使得交货周期越来越长，也使得调试检验的成本增加。这些情况已经严重的阻碍了产品的市场推广。针对这种情况，宇通公司通过仔细的分析，采用模块化的设计方法，将隔离器和安全栅划分为七种功能模块，从而比较好的解决了上述问题。模块化的设计方法较大的解决了产品加工、调试、老化、库存的压力，产品的一致性好，质量得到提高。从根本上解决了品种多数量少给生产环节带来的压力，较大的缩短了交货周期。
无源隔离器和安全栅是指无须外接24V直流电源，其工作所需要的能量来源于表示信号的4 ~ 20mA电流。因此，无源隔离器和安全栅的功耗必须非常小，是一种微功耗的设计应用。低的功耗和高的输入、输出线性是衡量无源隔离器和安全栅的关键指标。
在工业生产过程中，生成过程的监视和控制中要用到各种各样的仪器仪表，会产生各种各样的信号：既有微弱的毫伏级的小信号，又有数十伏的大信号，甚至还有高达数千伏和数百安培的强信号；既有直流低频信号，也有高频或脉冲尖峰信号；而这些信号都要经过互相传递和输送的过程，因此如何这些信号，特别是模拟信号在传输过程中不失真将成为系统调试中必须解决的问题。
具体地说，只有当控制装置和分布在现场的传感器和执行器之间的模拟信号传输无故障并且不失真时，才能过程控制。尤其是小功率的模拟信号在干扰大的工业环境中传输时受各种外部干扰信号的影响，它们需要一条的传输通道。日常工作经验表明，受设备要求的制约，必须谨慎小心的处理和传输模拟信号。而现场和控制层之间以模拟信号形式传输的测量和控制参数，在传输工程中常处于较恶劣的工业环境中，很可能会造成这些信号的失真。要使信号完整而不失真地传输，理想化的情况是所有设备、仪表中的信号都有一个共同的参考点，也就是有一个共同的“地”。只有这样，所有的设备、仪表的信号参考点之间电位差才能为“零”。很显然，不同设备的接地电阻很难都相等，接地电阻也会随着传输距离的增加而升高，有时甚至产生高达200V的电位差。电磁干扰问题：这是比较常见的干扰，特别是在长距离或者干扰较大的工业环境中，很难避免感性和容性干扰在测量回路中相互参杂的情况。一种方案是现场仪表不接地，使过程环路中只有一个接地点，但在实际应用中，这种方案往往难以实现，因为某些设备必须接地才能测量精度或确保人身安全，某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。
 
二种方案是使两接地点的电势相同，但由于接地点的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响，这种方案通常是很难实现的。本质安全型防爆仪器仪表的关联设备，在正常情况下不影响测量系统的功能。它设置在安全场所的一侧，当本安防爆系统发生故障时，能将窜入危险场所的能量（电能）限制在安全值以内，从而现场生产安全。
作为工业现场与控制室仪表之间的信号隔离变送器设备，信号隔离器和安全栅一直发挥着重要的作用，是工业控制系统中重要的组成部分。随着技术的进步，无论是现场的一次仪表，还是控制系统，都发生了变化，信号隔离器和安全栅也需要进一步发展适应高的要求。山东飞创仪表有限公司总结多年来的实践经验，对产品进行了改进，对隔离器和安全栅的性能进行了提升，以满足市场的需求。新型的隔离器和安全栅在性能和技术指标上都较过去有了大的进步。
三种方案是在过程环路中使用信号隔离器。信号隔离器采用隔离技术，断开过程环路中的直接电路（直流通路）但又不影响过程信号的正常传输，从而解决了上述问题
当然，我们也可以用DCS的隔离卡键或带隔离能力的变送器实现信号隔离，但它们价格昂贵，而且他们的隔离强度、抗无限射频/电磁干扰（RFI/EMI）指标及应用灵活性比信号隔离器差，不可能像信号隔离器那样还可解决信号转换及信号分配等问题。
目前，信号隔离（变换）器从隔离方式上主要分为：变压器隔离方式，光电隔离方式和变压器与光电联合隔离方式等几种。
信号隔离器至今已有40多年的历史，早期的信号隔离器（如美国MOORE，日本M-SYSTEM等）都是采用变压器隔离方式，它的特点是：性能稳定，寿命长（比如：日本M-SYSTEM公司的M2系列隔离变换器标称的使用寿命长达70年！），带负载能力强，隔离强度高，但电路复杂，制作工艺要求高。
随着电子技术的发展，近些年来逐渐出现了利用光耦合器（optical coupler）生产的光电式隔离器，它的特点是：性能稳定，抗干扰能力强，而且线路简单，廉，但相对于变压器隔离方式寿命略短。用于对现场仪表的各类信号调整、隔离 ，并转换 成计算机、DCS、PLC等能接受的标准信号或用户*的特殊信号。用于从电气上隔离远动设备和运行设备的一种器件，如继电器等。低功耗是电子产品设计永无止境的追求，伴随技术的发展，目前隔离器和安全栅的功耗与过去相比，已经减小许多，性能和技术指标也得到提高。
产品的功耗是各个功能单元功耗的总和，只有降低各个功能单元的功耗才能使得总得功耗降低，增加产品的热稳定性和寿命。隔离器和安全栅由输入、输出、隔离、电源、安全等单元构成，其中安全单元是无源的限压限流网络，技术上进行低功耗改进的可能性非常小。主要在输入、输出、电源、隔离四个单元进行技术改进。
隔离单元是决定产品技术指标的重要单元。
目前隔离技术主要有磁隔离与光隔离两大类。隔离电路形式有直接调制耦合，反馈调制耦合等多种形式，具体采用什么形式要根据产品的技术指标而定。 总的来讲可以大致分为开关量信号采用光隔离，模拟量信号采用磁隔离的方式。从技术复杂程度来看，磁隔离比光隔离处理技术复杂，采用磁隔离技术， 设计者可以根据技术指标采用合适的设计方案，隔离的线性、精度可以根据产品要求灵活控制。而光隔离的线性、精度只能依赖器件厂家提供的技术指标， 设计人员可以调整的方式很少，也不可能**过厂家提供的技术指标。由于功耗大，光电隔离也不能实现无源隔离。山东飞创仪表有限公司采用电流互感模式、电流互感反馈模式、 电压互感模式、电压互感反馈模式、电流互感功率补偿模式等多种磁隔离方式。根据产品的特点选择不同的磁隔离模式。 上述隔离模式中，电流互感功率补偿模式是功耗*低的模式，目前在新一代的无源隔离安全栅中使用，在技术指标的同时，降低了隔离单元的功耗。信号变送器产品主要用于0-5K，0-10K等位移或角度传感器信号的隔离与变送 (传感器需用户自己配)，在工业上主要用于信号的隔离与变送。该变送器输入采用恒压驱动，适用于3线传感器。如果是2线传感器，也可以按要求定制成恒流驱动方式。输入1、输入2、输出1、输出2和辅助电源之间隔离（五隔离），可以承受2500VDC的隔离耐压。产品采用DIN35国际标准导轨安装方式，体积小、精度高，性能稳定、性价比高，可以广泛应用在石油、、电力、仪器仪表和工业控制等行业。
    该系列电子尺信号隔离放大器使用非常方便，仅需接好线，即可实现位移信号的隔离变送。一般认为，不需要外部电源供电即可工作的信号隔离器，是无源隔离器；而有源隔离器则需要专门的外部供电电源，比如24VDC或者220VAC.
无源隔离器的优势
1.使用方便，**经济，毕竟节省了为隔离器供电的电源以及电源线；
2.低功耗，高。无源隔离器的功耗很低，比如稳钛克TA2000系列无源隔离器的功耗仅为0.07W/channel（20mA输出时典型值），比同类作用的有源隔离器要低一个数量级，低的功耗以为着低的发热量，从而保隔离器性。
有源隔离器的优势
1.输入端等效阻抗低，输出端带载能力强；
2.输入信号可以是电流信号也可以是电压信号或者其他信号，功能加强大。控制系统的电子干扰来源 来自空间的辐射干扰来自空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备等的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称又称为为辐射干扰，信号隔离栅其分布较为复杂。若PLC 系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，它的主要影响主要通过两条路径；一是直接对PLC 内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC 通信内网络恩呢刚刚的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关模拟信号隔离器，信号隔离栅一般通过设置的隔离器屏蔽电缆和PLC 局部屏蔽及高压泄放元件进行保护的。其次来自系统外引线的干扰这个主要是指主要通过电源和信号线引入，信号隔离栅通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。
在此来自电源的干扰模拟信号隔离器从实践中证明，因电源引入的干扰造成PLC 控制系统故障的情况有非常的多，笔者在某工程调试中遇到过，后换隔离性能高的PLC 电源，问题才够得到解决。
PLC 系统在正常情况下供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。特别是电网内部的变化，开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流转动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都会通过输电线路到电源边信号隔离栅。PLC 电源通常采用隔离电源，但它的机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想模拟信号隔离器。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，隔离是不可能实现。
一入一出 通用型信号隔离器给二、三线制变送器提供隔离的直流电源，并检测来自变送器的4~20mA电流信号，经过隔离、抗干扰抑制等处理后。向控制系统或其他单元组合仪表输出直流电流或电压信号。 该隔离配电器采用直流电源供电，输入-输出-电源各通道之间相互隔离。
WS4002 电压/电流警报器的设定方法，以输入0-5V输出0-5V为例，低点设置为1V，高点设置为4.5V，回差为0.5%(25mV),开关为常开。
调整输入信号至1V，调整低点设置点（0.9875-1.0125V），使K1在此点闭合。同时检查回差，调整输入信号上升，升至近于1.0125V,K1变为开态，继续上升后回调至0.9875V,K1再次变为闭合。用同样方法调整高位点检查回差，二个点分别在4.4875V-4.5125V。与此同时模拟输出精度。
产过程监视和控制要用到多种自动化仪表、计算机及相应执行机构。过程中的信号既有微弱到毫伏级的小信号,又有数十伏的大信号，甚至还有高达数千伏、数百安培的信号要处理。从频率上讲，有直流低频范围的，也有高频/脉冲尖峰。设备仪表间的互相干扰就成为系统调试中必须要解决的问题。除了电磁屏蔽之外，解决各种设备仪表的“地”，即信号参考点的电位差，将成为重要课题。因为不同设备、仪表的信号要互传互送，那就存在信号参考点问题。换句话说，要使信号完整传送，理想化的情况是所有设备仪表的信号有一个共同的参考点，即共有一个“地”。进一步讲，所有设备仪表信号的参考点之间电位差为“零”。但是在实际环境中，这一点几乎是不可能的，这里面除了各个设备仪表“地”之间的连线电阻产生的电压降之外，尚有各种设备仪表在不同环境受到的干扰不同，以及导线接点经受风吹雨淋导致接点质量下降等诸多因素，致使各个“地”之间有差别。以示意图一为例。图中标明有两个现场设备1＃、2＃仪表向PLC传送信号以及PLC向两台现场设备3＃、4＃仪表发出信号。假定传送信号均为0-10VDC。理想情况下PLC及两个现场设备1＃、2＃仪表“地”电位相等，传送过程中又没有干扰。这样从PLC输入来看，接收正确。但如前所述，两个现场设备通常有“地”电位差。举例来讲，1#设备“地”与PLC“地”同电位，2#设备比它们的“地”电位高0.1V，这样1#设备给PLC的信号为0-10V，而2#设备给PLC的为0.1V-10.1V,误差就产生了.同时1#、2#设备的“地”线在PLC汇合联接，将0.1V电压施加在PLC地线条上，可能损坏PLC局部“地”线。同时显示错误的数据。由此引起的问题在现场调试中屡有出现。例如某大型建材公司生产线监控系统使用美国AB-PLC外接国内某厂家手操器。AB-PLC的每个数据采集板由八个通道组成，八个通道共用一个12位A/D，模拟量经过变换后由12个光耦隔离器实现与主机隔离。它的八个通道输入之间没有隔离，致使在输入信号时，每个通道单输入到采集板均正常。但是同时输入两个或多于两个外部信号时，显示数字乱跳故障无法排除。又如航天某部门使用K型热偶作为传感器测试发动机各点温度。同上述相似，仅测试一个点时正常。但是向主机接入两点或两点以上温度信号时，显示的温度值明显错误。这两种情况在使用隔离器后，都正常了。
隔离器之所以能起到这个作用，就是它具有使输入/输出在电气上隔离的特点。换句话讲，输入/输出之间没有共同“地”，外来信号不管是0-10V，或带着共模干扰电压的0-10V经隔离后均为0-10V。即隔离后新建立的“地”与外部设备仪表“地”没关系。正是由于这个原因，也实现了输入到PLC主机的多个外接设备仪表信号之间隔离，即它们之间没有“地”的关系。
上面谈了输入信号和PLC信号的隔离，同样PLC向外部设备输出信号也有类似现象问题。显然采用隔离器就能解决问题。

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