过压时：DW1导通 BG7饱和导通；BG8截止；VAB=0 ☆ 过流保护（限流作用）： 正常时: I入正常 VR14小→BG7截止、BG8饱和导通；I入′= I入 过流时: I入↑→ VR14↑→BG7导通→VC7↓→ VB8 ↓ BG8→ 放大区 IC8=βIB8 I入=IC8↓=βIB8
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2.检测端安全栅的构成原理 (1)外型结构 (2)输入输出特性
V0 K A Ii
(3)结构组成及工作原理
输入端 输出端
1 5 2 6 7 8
Ii
4~20 mA
Vo Io
1~5 V 4~20 mA
24V DC 第13页
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3.调制电路 6.共基极放大电路
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24V DC 能源
安全栅 的作用 （1）信号的传输 （ 器
V≤30V DC I≤30mA DC
信号 能源
I入
4~20 mA
检测端 安全栅
V出
1~5 V 24V DC
调节器 计算机
信号
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5.3 变频调速器
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 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 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 统的调节和控制作用。
24V DC
1~5 V I
控 制 器
24V DC
ρ
I △P I 气动 执行器 4~20 mA 出料量
Q出
EXIT
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危险场所: 现场 非危险场所: 控制室
检测端 安全栅 I 4~20 mA 24V DC V 显示 仪表
安全火花型防爆系统
进液
差压式 液位变送器
V 控 制 器 24V DC 操作端 安全栅
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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 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(限能器)限制 进入危险场所的能量。变压器隔离式安全栅分 为检测端安全栅（输入式安全栅）和操作端安 全栅（输出式安全栅）两种。
第5章 辅助仪表
5.1 安全栅 5.2 信号分配器
5.3 变频调速器
5.4 电源箱及电源分配器
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5.1 安全栅
安全栅是构成安全火花防爆系统的关键仪表，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 用是：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。 目前常用的安全栅有：齐纳式安全栅和变压器隔离式安全栅。
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齐纳式安全栅的优缺点 齐纳安全栅优点是采用的器件非常少，体积小，价 格便宜; 缺点是齐纳式安全栅必须本安接地，且接地电阻必 须小于1Ω； 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，电源电压的波动可能会引起齐 纳二极管的电流泄漏，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。
稳 压 源
执 行 器
I出
4~20 mA
操作端 安全栅
24V DC
I入
4~20 mA
能源
能源 第20页
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危险场所:现场
非危险场所:控制室
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非危险场所: 控制室
配电器
非安全火花型自动控制系统 危险场所: 现场
进液
差压式 液位变送器
显示 仪表
V
I
V
Q进
液位 L
P气
4~20 mA
齐纳式安全栅原理图
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齐纳式安全栅的工作原理
系统正常工作时，安全侧电压U1低于齐纳二极管的击 穿电压U0，齐纳二极管截止，安全栅不影响正常的工作电 流。 但现场发生事故，如短路，利用电阻R进行限流，避 免进入危险场所的电流过大；当安全侧电压U1高于齐纳二 极管的击穿电压U0时，齐纳二极管击穿，进入危险场所的 电压被限制在U0上，同时安全侧电流急剧增大，快速熔断 器FU很快熔断，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。并联两个齐纳二极管是增加安 全栅的可靠性。
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第5章 辅助仪表
知识目标：
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 掌握电源箱、电源分配器的使用方法
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 能完成实际控制系统供电和信号连接
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-
有六部分组成： 1.直流-交流变换器 2.整流滤波电路Ⅰ 3.整流滤波电路Ⅱ 4.电流电压限制电路 5.隔离变压器 6.共基极放大电路
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工作原理 ①DC/AC/DC交换器：实现“隔离供电”它是一个磁耦合 对称推挽式多潜振荡器24DC→eo→e1、e2方波，（8KHz） ②整流滤波与输入调制电路 e1→D5-8→C3→Vc3→为（解调）输出电路提供电源 e2→D10-D13→C5→Vc5→限压限流电路电源 e2→D10、D11，D14、D15（开关）→Ii→eT21、 eT22→ei1.2 e2→D10-D15→Vc7→为现场变送器提供24VDC电源
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安全栅的品种:
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一、齐纳式安全栅
1. 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。 由限压电路,限流电路和熔断器三部分组成。其原理 电路如图所示：图中R为限流电阻，VZ1、VZ2为齐纳 二极管，FU为快速熔断器。
+
24V DC
结构组成
T1
输入端 现场 变送器 电流电压 限制电路 整流滤 波电路 Ⅰ 电源 变压器
-
DC/AC交直 流变换器
e
0
e
1
A
Ii + -
VC 5 U-I
隔离 变压器
整流滤 波电路Ⅱ
e
2
输出端
调计 节算 器机
共基极 放大电路
VC
3
+ V O
1~5 V
B
T2
调制器 隔离 解调器
4~20 mA
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(一)检测端安全栅 1.检测端安全栅的作用 （1）把来自现场变送器的4～20mADC电流经隔离变压器 1:1地转换成1～5V DC信号或4～20mA DC信号输出至控制 室仪表（计算机） 。 （2）为现场两线制变送器提供24V DC直流电源 （3）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30V DC、电流不超过30mADC ，从而保证了危险 场所的安全。
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一、变频调速器的结构框图
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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 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0到50HZ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 瞬时功率下降，从而减少了电源消耗。 主控电路以CPU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 参数进行必要的运算，输出SPWM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 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。
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1A 1B 1C 4～20mA 250Ω
信号分配器原理
2A 2B 2C
250Ω
C 公用端子
5A 5B 5C
250Ω
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当一个信号向两个设备（如显示仪表和控制仪表） 同时输送信号时，若这两设备不共地,就有可能在两个设 备之间产生干扰，基至使仪表不能工作。针对此类情况 必须使用隔离式信号分配器。 隔离式信号分配器WS15242D用24V DV供电，把来自 二线制变送器的4-20mA DC信号转换成与之隔离的两路输 出信号，一路为4-20mA DC，一路为1-5V DC，分别送给 控制器和显示仪表，且两路输出之间也是隔离的。这里 电源和输入、输出之间也是相互隔离的。
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(二 )操作端安全栅
1.操作端安全栅的 作用 （ 1）把来自控制室仪表的4～20mA DC电流经隔离变压器 1:1地转换成1～5V DC直流电压信号或4～20mA DC直流电流 信号输出至现场执行器。 （2） 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30V DC、电流不超过30mADC ，从而保证了危 险场所的安全。