三線制Pt100隔離器在掘進機電機保護系統中的應用

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定可靠，在中低溫地區有廣泛的應用。掘進機電機保護系統中，利用三線制Pt100隔離器將熱電阻信號轉換為線性4-20mA電流信號，經過A/D轉化，傳輸至PLC并顯示，通過實時監測電機溫度以及后級處理最終實現對掘進機電機保護。

關鍵詞：信號隔離器；三線制Pt100；掘進機；測溫

       隨著城市的快速發展，道路交通，鐵路以及水利工程等建設事業也在飛速增長，與此同時對掘進機的性能要求也不斷提高。高效率工作的持續推進需要良好的電氣設備為掘進機提供保護。而保護功能中就有掘進機截割、油泵電機的溫度檢測和保護，防止超過電機允許的最高溫度，造成發動機損壞，嚴重時發生重大事故。由此看來掘進機的溫度保護系統至關重要，而在溫度保護系統中溫度檢測更是重中之重。  

       溫度是工業現場用的最多的待測物理量，熱電阻由于在測量的靈敏度、線性度等諸多方面均優于熱電偶，因此在中低溫地區得到了更廣泛的應用。主要特點是測量精度高，性能穩定。其中 Pt100 即鉑熱電阻的測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線來引出電阻信號的方式叫二線制。這種引方法很簡單，但由于連接導線必然存在引線電阻，引線電阻的大小與導線的材質和長度的因素都有關，因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合。

       四線制連接方式是在熱電阻的根部兩端各連接兩根導線，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。由于導線較多，接線復雜，且多數場合需要遠距離測量，導致成本較高，一般工業測量中較少考慮，更適合實驗室精密測量。

       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也能有較高的精度，是工業過程控制中的最/常/用的接線方式。

       電機的溫度檢測是通過安裝在電動機內部的Pt100熱電阻，當溫度在一定范圍內發生變化時，其阻值隨溫度的變化呈線性變化來實現。隔離器的作用就是將溫度信號經過處理轉換成線性的電流或者電壓信號，以便后級再處理。在電機保護系統中三線制Pt100隔離器將接收熱電阻信號，經過處理最終輸出4-20mA信號。因為輸入和輸出采用光耦轉換，所以在電性能上是*隔離的，可靠性高。與此同時，三線制Pt100隔離器的精度較高，進入控制室經過再處理后也能滿足電機保護的要求。三線制Pt100隔離器的接線方式如下所示。

       在實際應用中，通過三線制連接，將熱電阻信號連接在隔離器，通過隔離器將來自電機的溫度信號隔離轉為4-20mA的電流信號，然后通過PLC 反饋到顯示屏，從而實現對溫度的實時監測顯示。當電機溫度低于設定值時對電機沒有影響，掘進機正常工作，但當溫度達到設定值時，PLC控制系統會自動切斷電機電源，實現對電機的溫度保護。檢測系統如圖所示。

2.1 概述     

       BM100系列信號隔離器在工業生產中為增加儀表負載能力并保證連接同一信號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、電阻或溫度等信號進行采集、放大、運算、和進行抗干擾處理后，再輸出隔離的電流和電壓信號，安全的送給二次儀表或PLC/DCS使用。其中BM100-TR系列隔離器就是對熱電阻信號進行處理，將熱電阻信號隔離轉換為線性的電流或者電壓輸出。

BM100系列信號隔離器殼體外觀圖

技術參數指標

輸入信號熱電阻：Pt100

輸出信號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0.2

溫度漂移系數≤50ppm/℃

響應時間≤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℃

相對濕度≤95%，不結露

安裝方式導軌式

       通過三線制Pt100隔離器將電機溫度隔離轉換為可識別的4-20mA信號，傳輸到PLC進行處理后實現溫度顯示，可以有效的實時監測溫度變化，通過后級電路設計也能夠在溫度超出電機溫度臨界值時候有效切斷電機主回路，從而實現對掘進機電機的保護功能。無論從經濟還是從實用性而言，三線制Pt100隔離器都具有廣泛的推廣意義。

[1] 韓永林.基于 PLC 控制的電動機溫度保護.中國西部科技.2011,05

[2] 夏杰.PLC 在電動機溫度保護中的應用.中國西部科技.2008,01:05-06.

[3] 企業微電網設計與應用手冊.2020.6