1、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5.1 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5.1 安全栅安全栅 安全栅是构成安全火花
2、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。安全栅的品种安全栅的品种: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
3、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。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 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
4、R R进行限流，进行限流，避避免进入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
5、全栅的工作原理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，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
6、栅的优缺点图中图中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
7、连用 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。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
8、全栅。纳安全栅。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。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
9、自现场变送器来自现场变送器的的4 420mADC20mADC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
10、全。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
11、/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
12、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送器提供24VDC24VDC电源电源工作原理工作原理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
13、 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；BGBG8 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
14、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 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
15、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、电流不超过、电流不超过30mADC 30mADC，从而保证了危，从而保证了危险场所的安全。险场所的安全。2.操作端安全栅的构成原理操作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IiKIA0IoIi24V DCA1A2B1B27 8输出端输出端输入端输入端420 mA420 mA(3)(3)结构组成及工作原理结构组成及工作原理e2有六部分组成：有六部分组成：1.1.直流直流-交流变换器
16、交流变换器 2.2.整流滤波电路整流滤波电路 3.3.调制电路调制电路 4.4.电流电压限制电路电流电压限制电路 5.5.隔离变压器隔离变压器 6.6.共基极放大电路共基极放大电路输入端输出端现场执行器调节器T124V DC电流电压限制电路共基极放大电路DC/AC交直交直流变换器流变换器计算机整流滤波电路隔离变压器e0e1IoABU-I420 mA+-+-+VC6调制器解调器隔离电源变压器T2输出端输入端Ii420 mA调制电路安全栅安全栅 的作用的作用 （1 1）信号的传输）信号的传输 （2 2）能量的传输）能量的传输 （3 3）限流、限压）限流、限压变送器执行器检测端检测端安全栅安全栅操作
17、端操作端安全栅安全栅调节器调节器计算机计算机危险场所:现场非危险场所:控制室420 mA15 V420 mAV出出I入入24V DC420 mA稳压源I入入I出出24V DC24V DC信号能源信号能源能源能源V30V DCI30mA DC进液进液出料量出料量非安全火花型自动控制系统非安全火花型自动控制系统气动气动执行器执行器差压式差压式液位变送器液位变送器V420 mA15 V控控制制器器Q出出Q进进LP气气420 mAVIII显示显示仪表仪表危险场所危险场所:现场现场非危险场所非危险场所:控制室控制室P液位液位配电器配电器I24V DC24V DC进液进液出料量出料量气动气动执行器执行器差
18、压式差压式液位变送器液位变送器V420 mA15 VQ出出Q进进LP气气420 mA420 mAVII操作端操作端安全栅安全栅I显示显示仪表仪表危险场所危险场所:现场现场非危险场所非危险场所:控制室控制室P液位液位检测端检测端安全栅安全栅24V DC24V DC24V DC安全火花型防爆系统安全火花型防爆系统控控制制器器V30V DCI30mA DCI5.2 信号分配器信号分配器信号分配器主要是信号分配器主要是将一路输入转换成两路或多路输出将一路输入转换成两路或多路输出，实现信号的转换、分配和隔离等功能。但因具体使用要求实现信号的转换、分配和隔离等功能。但因具体使用要求不同而功能不尽相同。有的
19、信号分配器还可对多路信号进不同而功能不尽相同。有的信号分配器还可对多路信号进行处理。行处理。信号分配器将信号分配器将4 420mA DC20mA DC的输入信号经的输入信号经250250的精密的精密电阻电阻转换为两路电阻电阻转换为两路1 15V DV5V DV信号输出。其中信号输出。其中A A端为输入，端为输入，B B端和端和C C端为输出，端为输出，D D端作为输入和输出信号的公共负端。端作为输入和输出信号的公共负端。它最多处理它最多处理5 5路输入信号，常用于盘装仪表的信号连接及路输入信号，常用于盘装仪表的信号连接及配线。配线。C公用端子1A1B1C2502A2B2C2505A5B5C25
20、0420mA信号分配器原理信号分配器原理 当当一个信号向两个设备一个信号向两个设备（如显示仪表和控制仪表）（如显示仪表和控制仪表）同时输送信号时同时输送信号时，若这两设备不共地若这两设备不共地,就有可能在两个设就有可能在两个设备之间产生干扰，基至使仪表不能工作。备之间产生干扰，基至使仪表不能工作。针对此类情况针对此类情况必须使用必须使用隔离式信号分配器。隔离式信号分配器。隔离式信号分配器隔离式信号分配器WS15242DWS15242D用用24V DV24V DV供电，供电，把来自把来自二线制变送器的二线制变送器的4-20mA DC4-20mA DC信号转换成与之隔离的两路输信号转换成与之隔离的
21、两路输出信号，出信号，一路为一路为4-20mA DC4-20mA DC，一路为一路为1-5V DC1-5V DC，分别送给分别送给控制器和显示仪表，且两路输出之间也是隔离的。控制器和显示仪表，且两路输出之间也是隔离的。这里这里电源和输入、输出之间也是相互隔离的。电源和输入、输出之间也是相互隔离的。5.3 变频调速器变频调速器变频调速器是通过改变电动机电源的频率变频调速器是通过改变电动机电源的频率来调整电动机转速的。在自动化领域，变频调来调整电动机转速的。在自动化领域，变频调速器可以作为系统的执行部件，接收来自控制速器可以作为系统的执行部件，接收来自控制器的控制信号，并根据控制信号的大小改变输器
22、的控制信号，并根据控制信号的大小改变输出电源的频率来调节电机转速，改变被控制对出电源的频率来调节电机转速，改变被控制对象；也可作为系统中的调节部件，单独完成系象；也可作为系统中的调节部件，单独完成系统的调节和控制作用。统的调节和控制作用。一、变频调速器的结构框图一、变频调速器的结构框图电源输入回路将输入的电源信号进行整流变成直电源输入回路将输入的电源信号进行整流变成直流信号；然后由逆变电路根据主控电路发来的控制命流信号；然后由逆变电路根据主控电路发来的控制命令将整流后的直流电源信号调制成某种频率的交流电令将整流后的直流电源信号调制成某种频率的交流电源信号输出给电动机。输出频率可在源信号输出给电
23、动机。输出频率可在0 0到到50HZ50HZ之间变化。之间变化。电源频率降低，电源电压也随之降低，使得电动机的电源频率降低，电源电压也随之降低，使得电动机的瞬时功率下降，从而减少了电源消耗。瞬时功率下降，从而减少了电源消耗。主控电路以主控电路以CPUCPU为核心，接收从键盘或输入控制端为核心，接收从键盘或输入控制端来的给定频率值和控制信号以及从传感器送来的运行来的给定频率值和控制信号以及从传感器送来的运行参数进行必要的运算，输出参数进行必要的运算，输出SPWMSPWM波的调制信号至逆变波的调制信号至逆变器的驱动电路，使逆变器接要求工作。同时把需要显器的驱动电路，使逆变器接要求工作。同时把需要显
24、示的信号送显示器，把用户通过功能预置所要求的状示的信号送显示器，把用户通过功能预置所要求的状态信息送输出控制电路。态信息送输出控制电路。下面以常见的锅炉燃烧时炉膛压力自动控制系统为例说明变下面以常见的锅炉燃烧时炉膛压力自动控制系统为例说明变频调速器的应用。大型锅炉运行时炉膛内的压力基本都是一个常频调速器的应用。大型锅炉运行时炉膛内的压力基本都是一个常数，压力过高或者过低都会给锅炉的正常运行带来不良影响。常数，压力过高或者过低都会给锅炉的正常运行带来不良影响。常常需要调整鼓风量使锅炉能够处于最佳的运行状态。常需要调整鼓风量使锅炉能够处于最佳的运行状态。炉膛压力控制系统是根据炉膛压力检测信号与给定
25、值进行比炉膛压力控制系统是根据炉膛压力检测信号与给定值进行比较，其偏差送调节进行运算，得到的控制信号送执行器调整送风较，其偏差送调节进行运算，得到的控制信号送执行器调整送风量，而此时风机照常以额定的转数运转。采用变频调速器后，控量，而此时风机照常以额定的转数运转。采用变频调速器后，控制系统发生了变化。与传统的控制系统相比，变频调速器取代了制系统发生了变化。与传统的控制系统相比，变频调速器取代了原有的执行部件，它是通过改变风机的转速来改变送风量。由于原有的执行部件，它是通过改变风机的转速来改变送风量。由于变频调速器具有多种输入方式，能够很方便地与自动控制仪表相变频调速器具有多种输入方式，能够很方
26、便地与自动控制仪表相结合，因此在自动化领域的应用前景十分广阔。结合，因此在自动化领域的应用前景十分广阔。炉膛压力控制系统炉膛压力控制系统5.4 电源箱及电源分配器电源箱及电源分配器一、电源箱一、电源箱电源箱是指为电动单元组合仪表集中供电的稳压电源装电源箱是指为电动单元组合仪表集中供电的稳压电源装置，作用是将置，作用是将220V220V的交流电转换为的交流电转换为24V24V的直流电。下面以的直流电。下面以DFYDFY型电源箱为例说明其工作原理。型电源箱为例说明其工作原理。DFYDFY型电源箱有过压、欠压、过载和短路保护等功能。当型电源箱有过压、欠压、过载和短路保护等功能。当接有备用电源时，若出
27、现过压或欠压故障，接有备用电源时，若出现过压或欠压故障，DFYDFY 会立即切断会立即切断本电源的输出，并能把备用电源自动接上，保证仪表正常供本电源的输出，并能把备用电源自动接上，保证仪表正常供电。同时有报警信号信号输出；电。同时有报警信号信号输出；当出现短路故障时，电源当出现短路故障时，电源箱切断电源输出并发出报警，此时不会接上备用电源。待短箱切断电源输出并发出报警，此时不会接上备用电源。待短路故障排除后，无须人工干预，自动恢复正常电压输出，对路故障排除后，无须人工干预，自动恢复正常电压输出，对仪表系统继续供电。仪表系统继续供电。该电源还有该电源还有24V24V交流电压输出，可供记录仪电机用
28、电及交流电压输出，可供记录仪电机用电及其它需要其它需要24V24V交流电压的设备用电。交流电压的设备用电。DFY DFY型电源箱原理：型电源箱原理：由变压器、整流滤波电路、稳压电路和保护电路等组成。其中由变压器、整流滤波电路、稳压电路和保护电路等组成。其中采样电路、比较放大电路和调整元件构成稳压电路。采样电路、比较放大电路和调整元件构成稳压电路。工作原理是工作原理是220V AC220V AC经变压器降压后由整流滤波电路将其转换经变压器降压后由整流滤波电路将其转换为直流电。稳压电路通过采样电路取出输出电压的一部分和基为直流电。稳压电路通过采样电路取出输出电压的一部分和基准电压相比较准电压相比较
29、,其差值放大后控制调整元件其差值放大后控制调整元件,使输出阻抗的电压使输出阻抗的电压保持稳定。保持稳定。电源分配器主要用于对各种系列盘装仪表和架装仪表供电，电源分配器主要用于对各种系列盘装仪表和架装仪表供电，有交流和直流之分。图为有交流和直流之分。图为1010回路电源分配器原理图：回路电源分配器原理图：(a)(a)图为交图为交流型电源分配器适用于两线供电的交、直流仪表；流型电源分配器适用于两线供电的交、直流仪表；(b)(b)图为直流图为直流型电源分配器，适用于单线供电，公用零线不经开关的仪表供电。型电源分配器，适用于单线供电，公用零线不经开关的仪表供电。二、二、电源分配器电源分配器 安全栅安全
30、栅 的作用、种类的作用、种类 齐纳栅和隔离栅构成原理和使用方法齐纳栅和隔离栅构成原理和使用方法 信号分配器电源箱、电源分配器的构成原理信号分配器电源箱、电源分配器的构成原理和使用方法和使用方法 变频器在过程控制系统中的应用方案变频器在过程控制系统中的应用方案 用安全栅和本安仪表构成安全火花防爆系统用安全栅和本安仪表构成安全火花防爆系统小小 结结1.1.安全栅有哪些作用？安全栅有哪些作用？2.2.说明齐纳式安全栅的工作原理。说明齐纳式安全栅的工作原理。3.3.说明检测端安全栅和操作端安全栅的构成及基说明检测端安全栅和操作端安全栅的构成及基本原理。本原理。4.4.电源箱中的稳压电路是如何工作的？电源箱中的稳压电路是如何工作的？5.5.说明电源分配器的作用及构成。说明电源分配器的作用及构成。6.6.说明信号分配器的作用及构成。说明信号分配器的作用及构成。谢谢大家！谢谢大家！再见！再见！
