自動化裝置-第4節(jié)(7)

1、 l 一、安全防爆的基本知識一、安全防爆的基本知識l 二、齊納式安全保持器二、齊納式安全保持器l 三、隔離式安全保持器三、隔離式安全保持器本節(jié)重點內容提示本節(jié)重點內容提示:一一.基本定義基本定義爆炸性混合物、安全火花、爆炸性混合物、安全火花、安全火花型防爆系統(tǒng)安全火花型防爆系統(tǒng)、非安全火花型防爆系統(tǒng)非安全火花型防爆系統(tǒng)二二.隔離式安全保持器基本原理隔離式安全保持器基本原理1.調制式直流放大器的工作原理調制式直流放大器的工作原理（24V電源經(jīng)過電源經(jīng)過DC/AC/DC的變換，向變送器隔離式供電；的變換，向變送器隔離式供電； 420mA電流經(jīng)過電流經(jīng)過DC/AC/DC的變換，向調節(jié)器隔離式傳的變換

2、，向調節(jié)器隔離式傳遞信號）遞信號）2.過流保護的工作原理過流保護的工作原理1.概論概論 一個物體發(fā)生爆炸必須具備三個條件：一個物體發(fā)生爆炸必須具備三個條件： 自燃物質自燃物質 助燃物質助燃物質 激發(fā)能量激發(fā)能量 這三個條件稱為這三個條件稱為爆炸三要素爆炸三要素。 自燃物質自燃物質+助燃物質助燃物質=爆炸性混合物爆炸性混合物 在化工生產的過程現(xiàn)場，經(jīng)常含有在化工生產的過程現(xiàn)場，經(jīng)常含有氫、甲氫、甲烷、乙烷、苯、氨等易燃易爆的氣體烷、乙烷、苯、氨等易燃易爆的氣體。 這些可燃性氣體都是這些可燃性氣體都是自燃物質自燃物質，它們和空，它們和空氣中的氣中的助燃物質助燃物質氧氧混和在一起構成了混和在一起構成

3、了爆炸爆炸性混合物性混合物。 凡是含有爆炸性混合物的現(xiàn)場統(tǒng)稱為危險場所，凡是含有爆炸性混合物的現(xiàn)場統(tǒng)稱為危險場所，我國規(guī)定的危險場所分為三類我國規(guī)定的危險場所分為三類第一類危險場所第一類危險場所用用Q表示表示含有可燃性氣體或蒸氣等爆炸性混合物的危險場所含有可燃性氣體或蒸氣等爆炸性混合物的危險場所第二類危險場所第二類危險場所用用G表示表示含有可燃性粉塵或纖維等爆炸性混合物的危險場所含有可燃性粉塵或纖維等爆炸性混合物的危險場所第三類危險場所第三類危險場所用用H表示表示火災危險場所火災危險場所類別類別型號型號安全型安全型A隔離型隔離型B充油型充油型C通風充氣型通風充氣型F安全火花安全火花（本質安全本

4、質安全）型）型H特殊型特殊型T在危險場所中使用的自動化裝置、電氣設備等都必須考在危險場所中使用的自動化裝置、電氣設備等都必須考慮安全防爆問題，防爆的電氣設備有如下的分類標準慮安全防爆問題，防爆的電氣設備有如下的分類標準經(jīng)常使用的儀表一般都是經(jīng)常使用的儀表一般都是隔離型隔離型和和安全火花型安全火花型隔離型隔離型在外殼的內部發(fā)生爆炸時，不引起外部在外殼的內部發(fā)生爆炸時，不引起外部 爆炸性混合物爆炸的電氣設備。爆炸性混合物爆炸的電氣設備。2.概念概念(1)安全火花安全火花其能量不足以引起周圍爆炸性混合其能量不足以引起周圍爆炸性混合物起火或爆炸的火花。物起火或爆炸的火花。(2)非安全火花型防爆系統(tǒng)非安

5、全火花型防爆系統(tǒng)通過通過“分電盤分電盤”向現(xiàn)向現(xiàn)場儀表供電和向控制室儀表傳輸信號的系統(tǒng)，為非場儀表供電和向控制室儀表傳輸信號的系統(tǒng)，為非安全火花型防爆系統(tǒng)。安全火花型防爆系統(tǒng)。(3)安全火花型防爆系統(tǒng)安全火花型防爆系統(tǒng)通過通過“安全保持器安全保持器”向向現(xiàn)場儀表供電和向控制室儀表傳輸信號的系統(tǒng)，為現(xiàn)場儀表供電和向控制室儀表傳輸信號的系統(tǒng)，為安全火花型防爆系統(tǒng)。安全火花型防爆系統(tǒng)。1.用途用途齊納式安全保持器有三種規(guī)格齊納式安全保持器有三種規(guī)格BARD-200 和熱電偶配合使用，構成本安防爆系統(tǒng)。和熱電偶配合使用，構成本安防爆系統(tǒng)。BARD-300 和熱電阻配合使用，構成本安防爆系統(tǒng)。和熱電阻配

6、合使用，構成本安防爆系統(tǒng)。BARD-400 和兩線制變送器、執(zhí)行器配合使用，構成和兩線制變送器、執(zhí)行器配合使用，構成本安（安本安（安全火花型）防爆系統(tǒng)全火花型）防爆系統(tǒng)。l2.BARD-200齊納式安全保持器齊納式安全保持器l（1）構成）構成AB21R2R1F2F1V2V3V1V4V5V6信號傳輸電路信號傳輸電路A、R1、F1、1B、R2、F2、2過壓保護電路過壓保護電路V1、V2、V3V4、V5、V6過流保護電路過流保護電路F1F21.用途用途 保證兩線制儀表在危險場所的正常工作保證兩線制儀表在危險場所的正常工作.給二線制變送器隔離提供電源給二線制變送器隔離提供電源;把二線制變送器的輸出電流

7、把二線制變送器的輸出電流1:1地隔離傳送到調節(jié)器。地隔離傳送到調節(jié)器。過壓、過流保護。過壓、過流保護。三三.ISB隔離式安全保持器隔離式安全保持器電源通道電源通道調節(jié)器調節(jié)器整流濾波器整流濾波器互感器互感器調制器調制器變送器變送器限能器限能器整流濾波器整流濾波器多諧振蕩器多諧振蕩器24VDC420m A420m A2.方框圖方框圖信號通道信號通道8KHz變變壓壓器器24VDC 電源通道電源通道： 24VDC經(jīng)過多諧振蕩器之后轉經(jīng)過多諧振蕩器之后轉換成換成8KHz的交流方波電的交流方波電壓，經(jīng)過變壓器、再經(jīng)壓，經(jīng)過變壓器、再經(jīng)過整流濾波器又還原成過整流濾波器又還原成24VDC，穿過限能器給，穿過

8、限能器給現(xiàn)場的二線制變送器提現(xiàn)場的二線制變送器提供直流電源。供直流電源。實現(xiàn)了向實現(xiàn)了向變送器隔離式供電變送器隔離式供電 信號通道信號通道：二線制產生了：二線制產生了420mA DC信號。該直流電流信號。該直流電流經(jīng)過限能器，進入調制器，經(jīng)過限能器，進入調制器，調制成交流方波電流，再經(jīng)調制成交流方波電流，再經(jīng)過電流互感器耦合到整流濾過電流互感器耦合到整流濾波器中，經(jīng)過整流濾波又還波器中，經(jīng)過整流濾波又還原成原成420mA DC送給調節(jié)送給調節(jié)器器 。實現(xiàn)了向調節(jié)器隔離式實現(xiàn)了向調節(jié)器隔離式傳輸信號傳輸信號危險場所3.特點特點隔離隔離在危險場所的一次儀表和安全場所的二次儀表之間利在危險場所的一次

9、儀表和安全場所的二次儀表之間利用用變壓器和互感器變壓器和互感器實現(xiàn)電氣隔離。使危險場所和安氣全場所之實現(xiàn)電氣隔離。使危險場所和安氣全場所之間只有磁的聯(lián)系，而無直接電的聯(lián)系。變壓器的初次級之間有間只有磁的聯(lián)系，而無直接電的聯(lián)系。變壓器的初次級之間有銅板屏蔽接地，防止變壓器初次級擊穿時，高壓信號竄入危險銅板屏蔽接地，防止變壓器初次級擊穿時，高壓信號竄入危險場所，破壞其安全火花性能。場所，破壞其安全火花性能。限能限能利用電壓、電流雙重限制電路，把可能竄入危險場所利用電壓、電流雙重限制電路，把可能竄入危險場所的電壓電流瞬時值限制在安全額定值之內。從而保證危險場所的電壓電流瞬時值限制在安全額定值之內。從

10、而保證危險場所的安全。一旦事故消除，限能器將自動恢復到正常工作。的安全。一旦事故消除，限能器將自動恢復到正常工作。4.ISB-5262安全保持器安全保持器由由多諧振蕩器、整流濾波器、調制式直流放大器、多諧振蕩器、整流濾波器、調制式直流放大器、互感器、限能器互感器、限能器組成。組成。(1)多諧振蕩器多諧振蕩器根據(jù)電磁感應定律，電流的變化引起變壓器初級的感應根據(jù)電磁感應定律，電流的變化引起變壓器初級的感應電勢，使得一個晶體管導通（電勢，使得一個晶體管導通（V1），一個截止（），一個截止（V2）。）。V1的集電極電流隨時間不斷增加，使得基極電流不斷減的集電極電流隨時間不斷增加，使得基極電流不斷減小，

11、造成小，造成V1截止。同時使得截止。同時使得V2導通。兩個晶體管不斷出導通。兩個晶體管不斷出現(xiàn)導通和截止的狀態(tài)變化，形成自激振蕩。現(xiàn)導通和截止的狀態(tài)變化，形成自激振蕩。（2）調制式直流放大器）調制式直流放大器作用：把二線制變送器輸出的作用：把二線制變送器輸出的420 mA DC精確地傳送給調精確地傳送給調節(jié)器。節(jié)器。構成：由調制器、電流互感器、整流濾波器組成。構成：由調制器、電流互感器、整流濾波器組成。 工作原理見圖工作原理見圖n24VDC經(jīng)多諧振蕩器變換成經(jīng)多諧振蕩器變換成8KHz的的AC，經(jīng)變壓器，經(jīng)變壓器T1的原的原邊耦合到副邊，再經(jīng)邊耦合到副邊，再經(jīng)V5V8的橋式全波整流變成脈動信號，

12、的橋式全波整流變成脈動信號，經(jīng)經(jīng)R4C2阻容濾波送到阻容濾波送到R9 ，C7兩端產生兩端產生 24VDC， 24VDC通過通過限能器給二線制變送器供電，二線制變送器得到電源之后就限能器給二線制變送器供電，二線制變送器得到電源之后就產生了產生了420m ADC。nT1的副邊的副邊、V11、V12、R6、V9、V10、C3、R11、R10、R5、T2的原邊組成的原邊組成調制器調制器，把二線制變送器來的信號，把二線制變送器來的信號420mA調制成交變電流。調制成交變電流。nT2的副邊、的副邊、V13、V14、R7、C4、V15、C5、R8組成全波組成全波整流濾波電路整流濾波電路，再把交變電流變成，再

13、把交變電流變成420mA直流電流。直流電流。C7產生產生24VDC限能器 輸入BR6V10T2V9V12V11R5R10C3C7R9R11C2R4V5V8T1420mA DCA+-15V DCV13R7420mAC4V15C5R8V147845-+調制直流放大器調制直流放大器整流濾波電路整流濾波電路整流濾波電路整流濾波電路V11截止截止V12導通導通多諧振蕩器24VDC 假設多諧振蕩器假設多諧振蕩器T1的副邊方波交變電壓的正半周為、的副邊方波交變電壓的正半周為、，因此、，因此V11截止，截止，V12導通。導通。 I0經(jīng)過：經(jīng)過： C7+限能器限能器+限能器限能器V9V10的的c、eT2原邊（下

14、）原邊（下）V12 T1副邊中心抽頭副邊中心抽頭 R5C7 流經(jīng)二線制變送器的電流為下流經(jīng)二線制變送器的電流為下+上上 ，流經(jīng)，流經(jīng)T2原邊的電流為原邊的電流為上上+下下 。 C7產生產生24VDC限能器 輸入BR6V10T2V9V12V11R5R10C3C7R9R11C2R4V5V8T1420mA DCA+-15V DCV13R7420mAC4V15C5R8V147845-+調制直流放大器調制直流放大器整流濾波電路整流濾波電路整流濾波電路整流濾波電路結論V11導通導通V12截止截止多諧振蕩器24VDC 方波交變電壓的負半周方波交變電壓的負半周、 +、+時，時，V11導通，導通，V12截截止。

15、止。 I0經(jīng)過：經(jīng)過：C7+ 限能器限能器+ 限能器限能器V9V10的的c、eT2原邊（上）原邊（上）V11T1副邊中心抽頭副邊中心抽頭R5C7 流經(jīng)二線制變送器的電流為下流經(jīng)二線制變送器的電流為下+上，流經(jīng)上，流經(jīng)T2原邊的電流原邊的電流為上為上-下下+。 無論無論T1副邊的方波交變電壓如何變化，對于二線制變送副邊的方波交變電壓如何變化，對于二線制變送器來說，流過的電流始終為一個方向。所以是直流電流。器來說，流過的電流始終為一個方向。所以是直流電流。 流經(jīng)變壓器流經(jīng)變壓器T2的電流卻不是一個方向，一會兒從中心抽的電流卻不是一個方向，一會兒從中心抽頭向下流動，一會兒從中心抽頭向上流動。所以是交

16、變電流。頭向下流動，一會兒從中心抽頭向上流動。所以是交變電流。 （即即Ii被調制成交變電流被調制成交變電流） 互感器互感器T2原邊的交變電流耦合到副邊后，再經(jīng)原邊的交變電流耦合到副邊后，再經(jīng)V13 、V14全波整流。全波整流。 R7 、C4阻容濾波流經(jīng)負載電阻時又變成阻容濾波流經(jīng)負載電阻時又變成420m ADC。 從電流信號的角度來看，在二線制變送器為從電流信號的角度來看，在二線制變送器為DC，在，在T2為為AC，在，在RL上為上為DC。 總結總結（3）限能器）限能器 限能器就是一種過壓、過流保護電路。其作用是限能器就是一種過壓、過流保護電路。其作用是限制大電壓和大電流進入危險場所。限制大電壓

17、和大電流進入危險場所。 為了提高安全性能，采取了雙工備用的措施，即為了提高安全性能，采取了雙工備用的措施，即兩套完全相同的電路同時工作，其中一套作為備用。兩套完全相同的電路同時工作，其中一套作為備用。V20截止給V17提供基極電流a.過流保護過流保護利用電流負反饋利用電流負反饋過過流流BAV38 V39V36F3 V9V37R6C8V35V34V33V32V22V26V20V17V21V27V31F2C724VR1522用于限制反向電壓（即AB電壓接反）安全場所V17飽和導通Ii在R15的壓降0.66VIi=30mA事故狀態(tài)事故狀態(tài) Ii30mA 若二線制變送器出現(xiàn)故障時，造成若二線制變送器出

18、現(xiàn)故障時，造成Ii增加，當增加，當Ii30mA時，導致時，導致R15上的壓降上的壓降Ii R15 30mA 22 =660mA。從而使。從而使V20由截止轉化為導通。由截止轉化為導通。V20的導通的導通分流了分流了V17的基極電流。使的基極電流。使V17由原來的飽和導通進入了由原來的飽和導通進入了放大區(qū)。放大區(qū)。 當當V17工作在放大區(qū)時，工作在放大區(qū)時，Ic17=I b17，IC17=Ii隨隨Ib17的變化的變化而變化，若而變化，若Ii越大，則越大，則IiR15也就越大也就越大V20的導通狀態(tài)的導通狀態(tài)就越好就越好V17的基極電流被分流就越多的基極電流被分流就越多V17的基極電流的基極電流就減少就減少經(jīng)經(jīng)倍后使倍后使Ii也就減少。也就減少。 顯然是電流負反饋過程。顯然是電流負反饋過程。(Ii Ii R15 V20導導通好通好 IC20 Ib1