安全保持器教学PPT.ppt

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1、1,第四节 安全保持器 一、安全防爆的基本知识 二、齐纳式安全保持器 三、输入式安全保持器,2,一、基本定义爆炸性混合物、安全火花、本安型防爆系统、非本安型防爆系统二、基本原理1、调制式直流放大器的工作原理（24V电源经过DC/AC/DC变换，向变送器隔离式供电；420mA电流经过DC/AC/DC变换，向调节器隔离式传递信号）2、过流保护的工作原理,本节重点内容介绍,3,一、安全防爆的基本知识（一）概论,自燃物质+助燃物质=爆炸性混合物,4,化工生产的过程现场，经常含有氢、甲烷、乙烷、苯、氨等易燃易爆的气体。这些可燃性气体都是自燃物质，它们和空气中的助燃物质氧和在一起构成了爆炸性混合物。爆炸性

2、混合物都是危险的，其危险程度是不一样的。,5,按照最大不传爆间隙 自燃温度 最小引爆电流 三项指标对它们进行分级分组：,爆炸性混合物按最大不传爆间隙分为4级1级 最大不传爆间隙 1.0mm2级 0.6mm最大不传爆间隙 1.0mm3级 0.4mm最大不传爆间隙 0.6mm4级 最大不传爆间隙 0.4mm,6,爆炸性混合物按自燃温度分为5组a组 自燃温度450b组 300自燃温度450c组 200自燃温度300d组 135自燃温度200e组 100自燃温度135,爆炸性混合物按最小引爆电流分为三级 最小引爆电流120m A 70m A最小引爆电流120m A 最小引爆电流70m A,7,含有爆炸

3、性混合物的现场称为危险场所,我国规定的三类危险场所,Q,G,H,8,第一类危险场所根据危险程度不同可分为三级,9,10,经常使用的自动化装置一般都是防爆隔离型和防爆安全型,隔离型在外壳的内部发生爆炸时，不引起外部爆炸性混合物爆炸的电气设备。,安全型在正常或事故状态下产生的火花都不能引起爆炸性混合物爆炸的电气设备。,正常状态在设计规定条件下正常工作（实验时，在实验装置中产生短路或断路视为正常）,事故状态在电路中，非保护性元件损坏或产生短路、断路、接地及电源故障等情况,11,（二）概念1、安全火花其能量不足以引起周围爆炸性混合物起火或爆炸的火花。2、安全火花型仪表在正常或事故状态下产生的火花均不能

4、引起爆炸性混合物爆炸的仪表。3、非安全火花型防爆系统通过“配电器”向现场仪表供电和向控制室仪表传输信号的系统为非安全火花型防爆系统。,12,4、安全火花型防爆系统通过“安全保持器”向现场仪表供电和向控制室仪表传输信号的系统为安全火花型防爆系统。(现场仪表必须是本安仪表)5、关联设备与安全火花型电路相联，并影响其安全火花性能的有关设备。（这里意指安装在控制室，但又和现场仪表有联系）,13,变送器,配电器,配电器,调节阀,控制室仪表,调节阀,控制室仪表,安保器,电源箱,变送器,安保器,电源箱,现场,现场,220V,220V,24V,24V,安全火花型防爆系统,14,隔爆型和安全火花型自动化装置的符

5、号标记,B 3 d,H e,隔爆型,按爆炸性混合物传爆能力来分为3级,按爆炸性混合物自燃温度来分为d级,安全火花型,按爆炸性混合物最小引爆电流分为级,按爆炸性混合物自燃温度来分为e级,15,二、齐纳式安全保持器(一)用途齐纳式安全保持器有三种规格,BARD-200和热电偶配合使用，构成本安防爆系统。,BARD-400和两线制变送器、执行器配合使用，构成本安防爆系统。,BARD-300 和热电阻配合使用，构成本安防爆系统。,16,接线方式：,危险场所,安全场所,在变送器前面,17,危险场所,安全场所,18,(二)BARD-200齐纳式安全保持器1、构成,A,B,2,1,R2,R1,F2,F1,过

6、压保护,信号传输,19,2、原理信号传输电路A、R1、F1、1B、R2、F2、2过压保护电路V1、V2、V3V4、V5、V6,ICE手操电路ICE指示电路安全防爆的基本知识齐纳式安全保持器,20,上节课内容速览,21,三、隔离式安全保持器(一)用途 给二线制变送器供电，把二线制变送器的输出电流1:1地传送到调节器。,22,(二)方框图,调节器,整流滤波器,互感器,调制器,变送器,限能器,整流滤波器,多谐振荡器,24VDC,危险场所,安全场所,23,24VDC多谐振荡器 中高频（8KHz)方波 整流滤波器 24VDC 限能器给二线制变送器提供24VDC,二线制变送器产生420m ADC 限能器

7、调制器中高频(8KHz)方波电流互感器整流滤波器420m ADC 调节器输出420m ADC/15V DC,24V电源DC/AC/DC的变换过程，向变送器隔离式供电（变压器）,420m A信号DC/AC/DC的变换过程，向调节器隔离式传输信号（变压器）,24,设置了过电压（30V）限制器,设置了过电流（30mA）限制器,防止高能量（大电压）从安全场所串入危险场所,防止高能量（大电流）从安全场所串入危险场所,25,（三）特点,隔离将危险场所的仪表和安全场所的仪表用变压器实现电气隔离。使危险场所和安全场所之间只有磁的联系，没有电的联系。,限能利用电压、电流限制电路，把可能窜入危险场所的大电压大电流

8、限制在安全定额之内。,防止变压器原副边击穿时，原边高压信号窜入危险场所，破坏其安全火花性能,保证危险场所的安全,26,（四）ISB-5262安全保持器 多谐振荡器+调制式直流放大器+限能器 1、多谐振荡器作用：将24VDC转换成频率为8KHz的交流矩形波电压 具体过程：省略,27,2、调制式直流放大器（1）作用 对420 m ADC进行DC/AC/DC转换传递。（2）构成,28,为了便于分析，次要环节用方框图替代，主要环节用电路图表示，画出的电路图,V9和V10组成复合放大管，不仅能进行电流传递，而且可以保持恒流特性。,把二线制变送器的输出电流1:1地传送到调节器。,29,桥式整流滤波电路,给

9、变送器提供电源,30,调制器，420mADC变成方波,把二线制变送器的输出电流1:1地传送到调节器。,31,全波整流滤波电路,方波变成420mADC/15V,32,24VDC 多谐振荡器8KHz的方波 从T1原边耦合到副边，V5V8的桥式全波整流脉动信号 R4C2阻容滤波UC7=24VDC 二线制变送器获得24VDC电源之后就产生了420m ADC。,多谐振荡器,24V DC,工作原理（1）,33,多谐振荡器（方波）,24V DC,+,-,-,+,I0,T1的副边方波的正半周为、，因此V11截止，V12导通。,C7限能器AB限能器V9V10的c、eT2原边（下）V12 T1副边中心抽头 R5C

10、7,工作原理（2）,34,多谐振荡器(方波）,24V DC,+,-,-,+,I0,T1的副边方波的负半周、+、+，因此V11导通，V12截止,C7 限能器AB 限能器V9V10的c、eT2原边（上）V11 T1副边中心抽头R5C7,工作原理（3）,35,多谐振荡器(方波）,24V DC,+,-,-,+,I0,无论T1副边的方波相位如何变化，二线制变送器流过的电流始终是一个方向。所以是直流电流。,流经互感器T2的电流却不是一个方向，一会儿从中心抽头向下流动，一会儿从中心抽头向上流动。所以是交变电流。,小结,36,T1的副边、V5V8、R4、C2、R9、C7,T2的副边、V13、V14、R7、C4

11、、V15、C5、R8,给变送器提供电源,方波变成420mADC,T1的副边、V11、V12、R6、V9、V10、C3、R11、R10、R5、T2的原边,420mADC变成方波,37,（3）原理 24VDC 多谐振荡器8KHz的方波 从T1原边耦合到副边，V5V8的桥式全波整流脉动信号 R4C2阻容滤波UC7=24VDC 二线制变送器获得24VDC电源之后就产生了420m ADC。,38,T1的副边方波的正半周为、，因此V11截止，V12导通。I0经过：C7限能器AB限能器V9V10的c、eT2原边（下）V12 T1副边中心抽头 R5C7,流经二线制变送器的电流为下+上,流经T2原边的电流为上+

12、下,39,T1的副边方波的负半周、+、+，因此V11导通，V12截止。I0经过：C7 限能器AB 限能器V9V10的c、eT2原边（上）V11 T1副边中心抽头R5C7,流经二线制变送器的电流为下+上,流经T2原边的电流为上 下+,40,结论：,无论T1副边的方波相位如何变化，二线制变送器流过的电流始终是一个方向。所以是直流电流。,流经互感器T2的电流却不是一个方向，一会儿从中心抽头向下流动，一会儿从中心抽头向上流动。所以是交变电流。,41,互感器T2原边的交变电流耦合到副边后，再经V13、V14全波整流。R7、C4阻容滤波流经负载电阻时又变成420m ADC。结论：从信号的角度来看，在二线制

13、变送器为DC，在T2为AC，在RL上为DC。,42,3、限能器(1)作用 限制进入危险场所的大电压和大电流。采取双工备用的措施（2）过流保护,43,过流,B,A,V38 V39,V36,F3,V9,V37,R6,C8,V35,V34,V33,V32,V22V26,V20,V17,V21,V27V31,F2,C7,24V,22,用于限制反向电压（即AB电压接反）,安全场所,44,a、正常状态 Ii=420mA,24VDC经过V21给V17提供基极电流，使V17饱和导通，流经V17的电流Ii=420mA。R15上的最大压降UR15=440mV，使V20截止。流经V17的电流=变送器的输入电流Ii=

14、420mA。,UR15=440mV,45,b、事故状态 Ii30mA,UR15=660mV,变送器出现故障，若Ii30mA时，R15上的最大压降UR15 660mV，V20变为导通。因此分流了V17的基极电流。使V17由饱和区进入了放大区。,V17在放大区时，Ic17=I b17，IC17=Ii随Ib17的变化而变化，Ii Ii R15 V20导通好 IC20 Ib17 IC17=Ii负反馈过程，使Ii得到限制，不能过大。,46,过流,B,A,V38 V39,V36,F3,V9,V37,R6,C8,V35,V34,V33,V32,V22V26,V27V31,F2,C7,24V,用于限制反向电压

15、（即AB电压接反）,安全场所,过流,正常时UC7=24V,故障时UC730V,F2/F3熔断,47,(3)过压保护,a、正常状态 UC7=24V 正常状态，二线制变送器的供电电压UC7=24V,b、事故状态UC730V供电电压UC730V，V27V31在高压作用反向击穿导通，V37也处于导通状态，使电压稳定在某一个值上，限制UC7的变化。若UC7再高，则F2、F3熔断，把UC7和现场切断，防止大电压窜入危险场所。,48,(稳压管V32和二极管V33限制开路电压，二极管V38V39用于限制反向电压，防止UC7接反。),49,作业：1-14、什么是安全火花和安全火花防爆系统？2-12、在过程控制系

16、统中，安全保持器处于（）仪表和（）仪表之间，与变送器配合使用的叫（）安全保持器；与执行器配合使用的叫（）安全保持器。2-13、ISB安全保持器采取哪些措施，使其具有安全火花防爆性能？2-14、ISB安全保持器的限制器如何实现过压保护和过流保护？,50,作业答案：1-17、答：1、安全火花其能量不足以引起周围爆炸性混合物起火或爆炸的火花。2、安全火花型防爆系统通过“安全保持器”向现场仪表供电和向控制室仪表传输信号的系统为安全火花型防爆系统。(现场仪表必须是本安仪表),51,2-13、答：在过程控制系统中，安全保持器处于（一次）仪表和（二次）仪表之间，与变送器配合使用的叫（输入式）安全保持器；与执行器配合使用的叫（输出式）安全保持器。2-14、答：采用了隔离和限能的措施，隔离使用了变压器，限能使用了大电压和大电流限制电路。,52,2-15、答：1、过流保护：V17在放大区时，Ic17=I b17，IC17=Ii随Ib17的变化而变化，Ii Ii R15 V20导通好 IC20 Ib17 IC17=Ii负反馈过程，使Ii得到限制，不能过大。2、过压保护：供电电压UC730V，V27V31在高压作用反向击穿导通，V37也处于导通状态，使电压稳定在某一个值上，限制UC7的变化。若UC7再高，则F2、F3熔断，把UC7和现场切断，防止大电压窜入危险场所。,53,