DFA型安全栅工作过程及故障分析

齐鲁石化股份有限公司橡胶厂 叶全胜 DFA型安全栅是用以实现危场所与安全场所之间能量限制与隔离，构成安全火花防爆系统的设备。因此，安全栅是构成安全火花防爆系统的关键单元。DFA型安全栅是属于有源隔离式的安全栅。 DFA型安全栅是构成安全火花防爆系统的重要设备，但在使用时故障较多,一出问题就得派人到大连的厂家进行修复，既浪费资金，又不能保证生产上的急需。因而必须对出故障的安全栅进行就地修复。因此必需要弄清楚安全栅的工作原理。 一、 工作原理 1．检测端安全栅简单原理 仪表由DC/AC变换器、整流滤波回路、变流器及放大回路和电压、电流限制器构成。24VDC电源电压通过DC/AC变换器，变成一定頻率的交流方波，经过整流滤波回路和电压、电流限制器供给变送器作为电源，变送器输出4-20mADC电流，通过变流器及放大回路输出。 2．操作端安全栅简单原理 仪表由DC/AC变换器、整流滤波回路、调制器、变流器及放大回路和电压、电流限制器构成。24VDC电源电压通过DC/AC变换器，变成一定頻率的交流方波，由调节器输入的4-20mADC信号，先经过调制器变成交流信号，经放大回路放大后，通过电压、电流限制器通往危险场所的定位器。 由以上简述可以看出，二者都是通过DC/AC变换器将电源与现场仪表隔离，通过变流器将危险场所与安全场所仪表相隔离。并且用电压、电流限制器将通往危险场所的信号能量加以限制，以满足安全火花电路的要求。由以上分析可以看出，对安全栅的要求是：1、要精确的进行信号传递并进行隔离。2、限制通往危险场所的信号能量。前者保证系统的精度，后者保证系统的安全。此外，还可以提高信号的抗干扰能力，提高系统的稳定性。 二、线路分析 1．DC/AC变换器 图1 DC/AC变换器原理图 变换器的作用是将电源由直流变换成一定頻率的交流方波。如图1所示，是变压器耦合正反馈共基极推挽式自激振荡电路。电源接通后，电流经过电阻向T1、T2两管注入基流，两管开始导通。但因两管参数不一致，若T1导通较强，则其集电极电流Ic1就较大，Ic1流经变压器初级绕组产生反电势Ec，方向如图1所示。由于变压器耦合作用，在基极绕组中也产生同方向感应电势Eb，它使T1管注入的基流更大，使T1导通更强。同时T2注入的基流更少，结果T1很快导通，T2截止，形成输出方波前沿，这是正反馈。当T1饱和导通后，由于管压降很小，电压大都加在线圈上，而且保持稳定。因此线圈中磁化电流线性增长，直至磁芯饱和，这时付边感应电势是常数，构成输出方波的平顶部分。随着变压器磁芯饱和，基极回路中感应电势趋向消失，随着Ib1减少，T1管的集电极电流Ic1也减少，感应电势Eb’使Ib1进一步减小，而T2基流增加。由于正反馈使T1很快截止，而T2很快导通，构成输出方波的下沿。这样周而复始，便输出交流方波。 2．电流互感器、共基极放大器 图2 共基极放大器原理图 如图2所示，输入的4-20mADC信号经调制成交流信号后，送到交流互感器B2原边，通过电—磁—电的转换，在付边得到与输入端相隔离的电流信号，电流互感器付边采用共基极放大电路作为解调放大器。此线路具有传输精度高，输入阻抗小的特点。T3-T6采用复合管，可以提高放大倍数，从而提高了精度，改善了温度性能。互感器原边接受交流方波，使T3、T4和T5、T6轮流导通，输出电流信号。 3．限压、限流电路 图3 限压、限流电路原理图 限压、限流电路是非线性保护电路，其作用是在异常情况下，当输入出现高压或线路短路时，保证通往危险场所的电压及电流限制在35VDC及35mADC以下。为了提高可靠性，采用了双重化保护。如图3所示，DX3-DX4是供给T8管基极电流，DX2-DX4是供电电源。工作过程分析如下：（1）、过压保护：图3中稳压管的稳压值为28VDC左右。在正常情况下，供电24VDC则稳压管截止。由DX3-DX4向T8管注入基流，使T8管饱和导通。当DX2-DX4超过35VDC时，则稳压管导通，电阻R15、R16上有电流通过，使R16上的压降造成T7管导通，使T8管截止，切断变送器的供电电源，从而达到过压保护的目的。（2）、过流保护：在正常情况下，电流流过R14产生的压降不能使T7管导通。当电流超过35mADC时，在R14上的压降足以使T7管导通，从而使T8管的基极电位下降，管子由饱和区进入放大区，保证回路中的电流基本维持不变，从而达到过流保护的目的。 4．操作端信号调制电路 图4 操作端调制电路原理图 如图4所示，输入的4-20mADC信号，通过晶体管斩波器将直流信号变为交流信号，晶体管斩波器是用交流方波电压作为调制信号，在B2付边采用共基极放大电路作为解调放大器。 三、典型故障、分析及处理 在DFA型安全栅使用中，不断地出现了一些故障，根据故障发生的次数，经过分析归纳主要有以下几个典型故障： 1．能量限制回路不正常，造成回路中电流达不到20mADC 典型现象：变送器指示值在某一个值以下时指示正常，在达到这个值后则不在随工艺指标上升而上升，执行器在达到某一位置时则不在随控制信号的增大而改变。 原因分析：（1）、能量限制回路中稳压管的漏电流过大，造成T7管提前导通。尤其在夏季气温较高时，由于温度的影响，造成此故障次数较多。 （2）、由于电阻R14的标准阻值为30欧姆，阻值较小，在温较高时，阻值的变大也易造成T7管提前导通而发生此故障。 处理：更换稳压管和高精度电阻R14，严格控制安全栅安装位置的温度并做好散热工作。 2．安全栅有输入而无输出 典型现象：安全栅有输入信号而无输出信号 原因分析： （1）、共基极放大电路中的复合管T3-T6损坏。（2）、能量限制回路T8管截止，截止的原因是 稳压管击穿或T8管损坏。 处理：更换共基极放大电路中复合管中损坏的管子，更换稳压管和T8管。 3．安全栅无输入又无输出 典型现象：安全栅既无输入信号又无输出信号 原因分析： （1）、保险丝熔断。 （2）、电源变换器不正常，T1、T2管损坏，电解电容C1损坏。造成无法为后续电路提供电源。 处理：更换合适的保险丝，更换损坏的T1、T2管和电解电容C1。 四、总结 通过以上的分析得知，DFA型安全栅的电源变换电路、输入电路和输出电路之间是通过变压器进行完全的电气隔离，因此具有很好的安全火花防爆性能。安全栅是构成安全火花防爆系统的关键设备，因此在使用和维护中要严格按照技术规范来进行。为了保证安全火花防爆性能，对更换元件后的安全栅，要进行防爆性能的测试，测试合格后方可使用。在对典型故障分析后发现，大部分故障都是元件性能不良或损坏造成的，并且跟环境温度关系很大，温度高是造成故障頻发的主要因素。因此要严格控制安装地点的温度在允许的范围内，并做好散热工作，这样才能保证安全柵长周期稳定运行。