西门子咸阳PLC模块总代理商

隔离变送器放大器配电器在DCS/PLC过程控制中应用 

工业现场PLC、DCS上位机和下位机信号采集隔离转换低成本小体积配套方案 

一、           两线无源型电流信号隔离器：DIN3 ISO 4-20mA 

ISO 4-20mA是将传感器信号（4-20mA/0-20mA/0-10mA）隔离后按比例输出电流信号（4-20mA/0-20mA/0-10mA）的变送器。产品内部包括输入信号干扰抑制滤波电路，信号调制电路，信号隔离电路和输出解调滤波电路等。输入及输出侧宽爬电距离及内部隔离措施使该系列产品可以实现信号输入与信号输出之间隔离电压 3KVAC。 

DIN3　ISO 4-20mA 产品在以下三种转换中可通用： 

1、4-20mA信号输入，隔离4-20mA信号输出。 

2、0-20mA信号输入，隔离0-20mA信号输出。 

3、0-10mA信号输入，隔离0-10mA信号输出。 

二、           两线制无源型电压信号隔离配电器：DIN3 ISO V-4-20mA 

ISO V-4-20mA是二线制电压信号隔离配电模块，可实现两线制电压输入配电型传感器和电桥（称重）检测电路的电压信号配送。内部包含电流信号调制电路，电磁隔离变换电路及信号还原解调电路。供电电压范围12-32VDC，输入等效电阻小、线性度高，信号输入与输出之间可达到2500VAC隔离耐压。产品使用十分方便，客户只需在产品前端加上少量外围器件，即可实现两线制电压输入配电型传感器和电桥（称重）检测电路的电压信号隔离输出功能。 

三、           两线制无源型电流信号隔离配电器：DIN3 ISO 4-20mA-F 

ISO 4-20mA-F是一种两线制4-20mA 信号环路式隔离配电器，具有节能、安全防爆功能。该配电器可为两线制传感器配电16V~21.5V，方便了一些两线制无源传感器的供电、信号测量、远传等功能。配电器输出是针对24VDC和取样电阻（负载电阻）相串联的二线制供电回路（现场防爆功能）来设计的，同现场常用的模拟量输入输出接口板（上位机、下位机）、PLC、DCS或其他数据采集设备的模拟量输入输出控制端口相匹配，ISO 4-20mA-F产品在使用时，其输入端外接传感器上的电源和信号是由4-20mA配电器模块从输出端耦合过来的，这个电信号可以用PLC、DCS、工控机来控制，当需要采集数据时就给传感器加电，不需要时可以关断电源和信号，从而实现节能、防爆的功能，即可实现现场多点数据采集和控制，也可以延长传感器的使用寿命。 

DIN3ISO 4-20mA-F 产品在以下三种转换中可通用： 

1、4-20mA信号输入，隔离配电4-20mA信号输出。 

2、0-20mA信号输入，隔离配电0-20mA信号输出。 

3、0-10mA信号输入，隔离配电0-10mA信号输出。 

四、           两线制电流信号隔离调理器：DIN3 ISO 4-20mA-P 

ISO 4-20mA-P是一种两线制4-20mA 信号隔离调理器，其主要用途是解决PLC/DCS控制系统与传感器、上位机、下位机等数据采集、执行机构之间信号的窜扰和冲突问题。其原理是采用线性光耦将信号的输入与输出回路隔离开来，通过比较调节、反馈放大电路来控制模拟信号的线性传输精度和线性度，无须单独电源供电，采用两线制配电回路输出方式。 该IC内部包含有电流信号调制解调电路、信号耦合隔离变换电路等。很小的输入等效电阻，使该IC能够从传感器回路中采集到的信号电压达到超宽范围（7.5—32V），以满足用户无需外接辅助电源而实现信号远距离、无失真传输的需要。该IC输出是针对24VDC和取样电阻（或称负载电阻）相串联的二线制供电回路来设计的，同现场常用的模拟量输入输出接口板（上位机、下位机）、PLC、DCS或其他数据采集设备的模拟量输入输出控制端口相匹配。产品使用非常方便，只需外接一个50KΩ的多圈电位器进行ADJ校正，即可实现两线制4-20mA信号的隔离、传输和变送功能。 

五、           0-±10V/0-±20mA双向直流（电压/电流）信号隔离放大器变送器：DIN3  ISO EM系列 

ISO EM U-P-O和ISO EM A-P-O系列隔离放大器是一种磁电隔离的混合集成电路，该IC在同一芯片上集成了一个多隔离的DC/DC变换电源和一组磁电耦合的模拟信号隔离放大器，它采用磁电偶合的低成本方案，主要用于对EMC（电磁干扰）无特殊要求的场合。输入及输出侧宽爬电距离及内部隔离措施使该芯片可达到3KVDC绝缘电压。ISO EM系列产品使用非常方便，免零点和增益调节，无需外接调节电位器，即可实现工业现场0-±10V/0-±20mA 双向直流信号的隔离转换功能。

产品主要用于工业控制系统中模拟信号输入输出控制，系统内部通过DSP、PLC的DA转换输出信号来显示和控制其它装置的可调输出，工业现场工作电压、电流和各种运行参数的监测及系统外部增加0-1mA/4-20mA/0-20mA/0-75mV/0-5V/0-10V/0-±10V/0-±20mA标准信号接口等。 

六、多路直流信号隔离放大器变送器：DIN 1X2 (1X3；1X4；2X2；4X4) ISO EM系列 

DIN 1X2 (1X3；1X4；2X2；4X4) ISO EM系列模拟信号一进二出（一进三出；一进四出；二进二出；四进四出）隔离放大器变送器 ，是一种将（传感器输出）单路模拟电压或电流信号经隔离、分配、转换成多路精度、线性度相匹配的标准模拟信号的混合集成模块。该模块内部集成了多个ISO EM系列高隔离的模拟信号隔离放大器IC，采用磁电耦合的低成本方案，主要用于对EMC（电磁干扰）无特殊要求的场合。输入及输出侧宽爬电距离及内部隔离措施使该集成模块的信号输入/信号输出1/信号输出2/信号输出3/辅助电源之间 五隔离。

DIN 1X2 (1X3；1X4；2X2；4X4) ISO EM系列模拟信号一进二出（一进三出；一进四出；二进二出；四进四出）隔离放大器变送器采用ISO EM-U-P-O系列或者ISO EM-A-P-O系列集成电路组合，可获得多路输出可为一致或分别不同的直流电压和电流信号。产品使用非常方便，直接安装在标准DIN 35导轨上，无需调节和校正零点和增益精度，即可实现工业现场各种传感器信号的隔离、分配、转换功能，并能满足工业级宽温度、潮湿、震动等恶劣工作环境要求。 

本文主要介绍了HIVERT高压变频器+PLC对矿井提升机的电控改造过程与效果，事实证明，PLC+高压变频器的交流调速技术方案是提升机电控系统改造的优选方案，克服了传统电控系统的缺陷，调速精度高，运行可靠，而且节电效果显著，具有非常明显的经济效益和社会效益，在矿井提升系统中值得推广应用。 

一、 矿井提升机概况

 冀中能源峰峰集团有限公司薛村矿（风井区）副井提升系统，担负着地面至三水平之间人员、物料、矸石的提升任务，提升机在整个煤矿安全生产中占有重要的地位。因此，要求矿井提升机电力拖动系统具有良好的安全可靠性、控制精度及调速性能。

矿井提升机作为矿山大的电气设备之一，其耗电量占矿山总耗电量的30%—40%，并且运行特性复杂，速度快，惯性大，一旦提升机失去控制，不能按照给定速度运行，就可能发生超速、过卷等重大安全事故，造成设备损坏甚至人员伤亡。因此，矿井提升机的电控系统的技术性能和可靠性直接影响着矿井的安全生产。

目前，副井提升机电控系统多采用交流电动机转子回路串电阻调速，由于采用常规继电器控制，导致系统调速精度低，可靠性差，维护费用大，电机启动电流及切换电流冲击大，设备运行不平稳，易引起电气及机械冲击；且控制线路复杂，工作稳定性和可靠性差，缺少故障诊断功能，排查故障困难；转子回路串接金属电阻，白白消耗电能造成能源浪费；电机滑环处容易发生接触不良，引起设备故障，造成维护工作量增加及维修材料费用升高；并且所有接线端子裸露在外，暴露在空气中，给提升安全带来极大的危害。因此，对该类型提升机电控调速系统进行改造升级是非常必要的。 

二、技术改造的理由

随着薛村矿原煤产量的不断提升，开掘工作量急剧上升，特别是三水平重点工程，随着该工程的快速开拓，矿井排矸量也相应地增加，在现有提升条件下，副井提升系统只能采用压缩检修时间来满足生产需要。 

三、 方案实施

拆除原有电控系统的电力拖动部分，重新安装一套全数字高压变频提升机电控系统。全套提升电控主要由高压配电系统、高压变频器、低压电源柜、提升数控柜、全数字高压变频系统、网络化操作台及计算机监控系统组成。操作系统选用西门子公司原装 PLC（S7系列）作为操作控制中心，采用PLC实现对提升机的工艺控制和安全保护；安全保护采用以软件、硬件两路安全回路实现双重保护。

该电控系统具有活跃前端能量回馈特性的四象限变频器，直接向鼠笼式交流电机供电，构成高性能、数字化的高压变频调速系统。具有优于直流电动机的优良机械特性，不仅提升工艺过程优良，具有启动力矩大，过载能力强、调速范围宽等优点，而且节能效果显著，使得整机效率大大提高。

采用6KV/1250KW 的高压变频调速装置将50Hz工频变成0~50Hz连续可调的变频电源，电动状态时从电网吸取能量，使电动机产生电动力；制动状态时工作于逆变状态，将能量返回电网，使电动机产生制动力，完成对电机启动、调速、验绳、低于额定速度运行等控制过程。此外，调速柜柜门上设置有触摸屏控制主界面（12寸真彩汉显操作面板），具有运行参数的实时记录，运行故障查询和参数设定功能。

全数字高压变频提升机电控系统具有如下特性：

1）采用具有活跃前端能量回馈特性的四象限变频器，1、具有启动力矩大，调速范围宽，动态特性精度高等优点；2、具有能量回馈电网功能。电动状态时从电网吸取能量，使电动机产生电动力；制动状态时工作于逆变状态，将能量返回电网，节能效果显著。

2）具有接近于1的功率因数和大于95％的能量转换效率，电流谐波成份少，无须功率补偿器和谐波抑制设备。

3)通过改变送入主电机的电源频率和电压实现对系统速度的控制。

4）全系统实现无极调速， 自动控制运行速度。

5）在系统运行的加、减速阶段，变频系统根据速度要求自动调整输出功率，满足负荷需求，使电能得到充分利用。

6）在负力提升、控制速度运行及减速时，变频系统可将提升系统的机械能部分转变为电能回馈电网，实现节能降耗。

7）启动平稳，无冲击，降低了电机的噪音和故障率，实现系统的软启动，软停止。

8）节能效果明显，大大降低了用电量，节约了运输设备对电能的损耗。