王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司 

摘要：三線制Pt100隔離器相較于二線制的更加穩(wěn)定可靠，在中低溫地區(qū)有廣泛的應(yīng)用。掘進(jìn)機(jī)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中，利用三線制Pt100隔離器將熱電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換為線性4-20mA電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)化，傳輸至PLC并顯示，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)溫度以及后級(jí)處理最終實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)電機(jī)保護(hù)。

關(guān)鍵詞：信號(hào)隔離器；三線制Pt100；掘進(jìn)機(jī)；測(cè)溫

       隨著城市的快速發(fā)展，道路交通，鐵路以及水利工程等建設(shè)事業(yè)也在飛速增長(zhǎng)，與此同時(shí)對(duì)掘進(jìn)機(jī)的性能要求也不斷提高。高效率工作的持續(xù)推進(jìn)需要良好的電氣設(shè)備為掘進(jìn)機(jī)提供保護(hù)。而保護(hù)功能中就有掘進(jìn)機(jī)截割、油泵電機(jī)的溫度檢測(cè)和保護(hù)，防止超過(guò)電機(jī)允許的最高溫度，造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生重大事故。由此看來(lái)掘進(jìn)機(jī)的溫度保護(hù)系統(tǒng)至關(guān)重要，而在溫度保護(hù)系統(tǒng)中溫度檢測(cè)更是重中之重。  

       溫度是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用的最多的待測(cè)物理量，熱電阻由于在測(cè)量的靈敏度、線性度等諸多方面均優(yōu)于熱電偶，因此在中低溫地區(qū)得到了更廣泛的應(yīng)用。主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中 Pt100 即鉑熱電阻的測(cè)量精度是最高的變化而改變。熱電阻的連接方式分為二線制，三線制和四線制，示意圖如下。

       在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來(lái)引出電阻信號(hào)的方式叫二線制。這種引方法很簡(jiǎn)單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻，引線電阻的大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長(zhǎng)度的因素都有關(guān)，因此這種引線方式只適用于測(cè)量精度較低的場(chǎng)合。

       四線制連接方式是在熱電阻的根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線，這種引線方式可*消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測(cè)。由于導(dǎo)線較多，接線復(fù)雜，且多數(shù)場(chǎng)合需要遠(yuǎn)距離測(cè)量，導(dǎo)致成本較高，一般工業(yè)測(cè)量中較少考慮，更適合實(shí)驗(yàn)室精密測(cè)量。

       三線制連接方式即在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響。相較于四線制的繁瑣和二線制的誤差，三線制接線方便的同時(shí)也能有較高的精度，是工業(yè)過(guò)程控制中的最/常/用的接線方式。

       電機(jī)的溫度檢測(cè)是通過(guò)安裝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的Pt100熱電阻，當(dāng)溫度在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化時(shí)，其阻值隨溫度的變化呈線性變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。隔離器的作用就是將溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)處理轉(zhuǎn)換成線性的電流或者電壓信號(hào)，以便后級(jí)再處理。在電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中三線制Pt100隔離器將接收熱電阻信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理最終輸出4-20mA信號(hào)。因?yàn)檩斎牒洼敵霾捎霉怦钷D(zhuǎn)換，所以在電性能上是*隔離的，可靠性高。與此同時(shí)，三線制Pt100隔離器的精度較高，進(jìn)入控制室經(jīng)過(guò)再處理后也能滿足電機(jī)保護(hù)的要求。三線制Pt100隔離器的接線方式如下所示。

       在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)三線制連接，將熱電阻信號(hào)連接在隔離器，通過(guò)隔離器將來(lái)自電機(jī)的溫度信號(hào)隔離轉(zhuǎn)為4-20mA的電流信號(hào)，然后通過(guò)PLC 反饋到顯示屏，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示。當(dāng)電機(jī)溫度低于設(shè)定值時(shí)對(duì)電機(jī)沒有影響，掘進(jìn)機(jī)正常工作，但當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，PLC控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切斷電機(jī)電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的溫度保護(hù)。檢測(cè)系統(tǒng)如圖所示。

2.1 概述     

       BM100系列信號(hào)隔離器在工業(yè)生產(chǎn)中為增加儀表負(fù)載能力并保證連接同一信號(hào)的儀表之間互不干擾，提高電氣安全性能。需要將輸入的電壓、電流、電阻或溫度等信號(hào)進(jìn)行采集、放大、運(yùn)算、和進(jìn)行抗干擾處理后，再輸出隔離的電流和電壓信號(hào)，安全的送給二次儀表或PLC/DCS使用。其中BM100-TR系列隔離器就是對(duì)熱電阻信號(hào)進(jìn)行處理，將熱電阻信號(hào)隔離轉(zhuǎn)換為線性的電流或者電壓輸出。

BM100系列信號(hào)隔離器殼體外觀圖

技術(shù)參數(shù)指標(biāo)

輸入信號(hào)熱電阻：Pt100

輸出信號(hào)DC 0～20mA、DC 4～20mA

DC 0～5V、DC 1～5V、DC 0～10V

工作電壓DC 20~35V

精度等級(jí)0.2

溫度漂移系數(shù)≤50ppm/℃

響應(yīng)時(shí)間≤1s

絕緣電壓輸入與輸出之間，AC2.5kV 1min，

漏電流不大于1mA

工作溫度/貯存溫度-20℃～60℃/-25℃～70℃

相對(duì)濕度≤95%，不結(jié)露

安裝方式導(dǎo)軌式

       通過(guò)三線制Pt100隔離器將電機(jī)溫度隔離轉(zhuǎn)換為可識(shí)別的4-20mA信號(hào)，傳輸?shù)絇LC進(jìn)行處理后實(shí)現(xiàn)溫度顯示，可以有效的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度變化，通過(guò)后級(jí)電路設(shè)計(jì)也能夠在溫度超出電機(jī)溫度臨界值時(shí)候有效切斷電機(jī)主回路，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)電機(jī)的保護(hù)功能。無(wú)論從經(jīng)濟(jì)還是從實(shí)用性而言，三線制Pt100隔離器都具有廣泛的推廣意義。

[1] 韓永林.基于 PLC 控制的電動(dòng)機(jī)溫度保護(hù).中國(guó)西部科技.2011,05

[2] 夏杰.PLC 在電動(dòng)機(jī)溫度保護(hù)中的應(yīng)用.中國(guó)西部科技.2008,01:05-06.

[3] 企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.6