浅析继电器在化工仪表控制系统中的应用
2020-07-01曹丽莉
曹丽莉
(国家能源集团宁夏煤业有限公司 煤制油分公司,银川 750000)
随着现代科学技术的不断发展和进步,自动化控制技术在化工领域中得到深入而广泛的应用[1],自动控制技术中最为原始和传统的就是继电器的使用和发展[2]。本文以本厂使用的和泉IDEC RJ2S-CLD-D24 型功率继电器为例,配合DCS 控制系统来浅析继电器在化工仪表控制系统中的实际应用。
图1 IDEC RJ2S-CLD-D24型继电器实物图Fig.1 IDEC RJ2S-CLD-D24 Relay physical map
图2 继电器工作原理图Fig.2 Working principle diagram of the relay
1 继电器工作原理
本文以和泉RJ 系列IDEC RJ2S-CLD-D24 薄型功率继电器为例,如图1 所示。它采用了高导电材料,确保即使在高电流下,也能具备稳定的通电性能,利用RC 电路与二极管,抑制反动电势。继电器采用IDEC 独自的复位弹簧结构,提高了机械部的使用寿命及信赖性,外壳的顶部采用了照明式结构,确保清晰的视认性。
工作原理:IDEC RJ2S-CLD-D24 薄型功率继电器由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成。 触点形式是两开两闭,下文中以一组为例进行介绍。如图2 所示,触点3 为动触点,触点2 和触点4 为静触点。在不通电的状态下,触点2 和触点3 为闭合状态,触点3 和触点4 为断开状态。当线圈两端(管脚1 和管脚8)接入一定的电压后,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点3 与静触点4 吸合。当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力下返回原来的位置,使动触点3 与原来的静触点2 吸合。这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
2 数字量信号简介
数字量[3],是指在时间上和数量上都是离散的物理量,把表示数字量的信号叫做数字量信号。在仪表领域中,数字量信号包括数字量输入信号和数字量输出信号两种。数字量输入信号(英文全称Digital Input ,下文中简称DI 信号),是指生产过程中接收到断开或闭合信号,经计算机系统转换为数字“1”或“0”信号,一般应用在现场电动机运行反馈、就地/远程切换等状态的监测与报警。数字量输出信号(英文全称Digital Output ,下文中简称DO 信号),是指生产过程中发出的“1”或“0”信号,一般应用在电磁阀的开/关、机泵的启/停、继电器的通/断、指示灯的亮/灭等设备的控制。
3 继电器在数字量回路控制系统中的应用
3.1 继电器在数字量输入信号回路控制系统中的应用
在化工仪表控制系统中,数字量输入信号常常表现为现场仪表采集的开关量信号,如电动机的运行状态、就地/远程切换状态等。目前,本厂使用的艾默生DCS 控制系统,系统卡件的运行电压都是24VDC,为了防止电气强电信号窜入到仪表控制系统中,仪表专业一般会通过增加继电器来对卡件进行隔离保护。下面就电动机泵运行反馈信号为例,简要介绍一下DI 信号在仪表控制系统机柜内继电器的接线方法,如图3 所示。
将继电器触点4 管脚连接到数字量输入DI 卡件的接线端子上,触点3 管脚连接到24VDC 电源负极,管脚8 连接到24VDC 电源正极,管脚1 连接到机泵运行信号。现场机泵运行状态有两种,即运行或停止。当现场机泵运行时,继电器线圈得电,使得触点3 和触点4 吸合接通,DCS 控制系统数字量输入卡件接收到开关量闭合信号,经运算处理后将其显示在操作系统画面上;当现场机泵停运时,继电器线圈失电,触点3 和触点4 断开,DCS 控制系统数字量输入卡件接收到开关量断开信号,经运算处理后将其显示在操作系统画面上。
图3 继电器在机泵运行反馈应用实例中的接线图Fig.3 The wiring diagram of the relay in the application example of the pump operation feedback
图4 继电器在电磁阀应用实例中的接线图Fig.4 The wiring diagram of the relay in the application example of the solenoid valve
3.2 继电器在数字量输出信号回路控制系统中的应用
在化工仪表控制系统中,数字量输出信号常常表现为操作人员向现场设备发出的指令信号,如电磁阀的得电/失电、指示灯的亮/灭、机泵的启/停等,在这些开关量的输出信号中,有一些设备需要仪表系统在发出指令的同时,还可以给现场设备提供动作电压,这类设备的信号线称之为湿接点。另外一些设备,由于某些因素不需要仪表供电,只是单纯的接收指令信号进行启停动作,这类设备的信号线称之为干接点。下面将通过两个应用实例来介绍DO 信号在仪表控制系统机柜内继电器的接线方法。
3.2.1 继电器在湿接点DO回路中的接线
本厂使用的很多电磁阀,信号线与供电线是同一组输入线。当操作人员给出得电指令时,现场电磁阀接收到工作电压并得电;当操作人员给出失电指令时,现场电磁阀接收到工作电压并失电,这种需要提供电源的设备接线称之为湿接点。下面就这类电磁阀设备为例,介绍继电器在仪表机柜内的接法,如图4 所示。
将继电器管脚8 连接到数字量输出DO 卡件的接线端子上,管脚1 连接到24VDC 电源负极,触点3 连接到24VDC 电源正极,触点4 连接到现场电磁阀端子排上。当控制系统输出数字量信号“1”时,继电器线圈得电,使得触点3 和触点4 吸合接通,现场电磁阀供电回路接通,电磁阀得电,阀门打开;当控制系统输出数字量信号“0”时,继电器线圈失电,使得触点3 和触点4 断开,现场电磁阀供电回路断开,电磁阀失电,阀门关闭。该回路中继电器控制电磁阀供电回路的断开和导通状态,从而控制现场阀门动作。
3.2.2 继电器在干接点DO回路中的接线
图5 继电器在大型机泵应用实例中的接线图Fig.5 The wiring diagram of the relay in the application example of the mainframe pump
本厂使用的很多大功率转动设备,其驱动电压一般都是220VAC 或380VAC,一般都是由电气人员负责设备的供电与断电,而仪表部门负责现场机泵的运行、停止控制信号。这种不需要提供电源的设备接线称之为干接点,下面就这类大功率设备为例,介绍继电器在仪表机柜内的接法,如图5 所示。
将继电器管脚8 连接到数字量输出DO 卡件的接线端子上,管脚1 连接到24VDC 电源负极,触点3 和触点4 连接到仪表机柜端子排,经过转接线接入电气设备中的机泵供电回路中。当控制系统输出数字量信号“1”时,继电器线圈得电,使得触点3 和触点4 吸合接通,机泵运行回路接通,现场设备开始运行;当控制系统输出数字量信号“0”时,继电器线圈失电,使得触点3 和触点4 断开,机泵运行回路断开,现场设备停止运行。在此需要注意,机泵接到指令后可以正常运行的前提条件是:电气人员已经给机泵提供符合要求的工作电压。
4 结束语
综上所述,在化工仪表控制系统中,可以利用电磁继电器低电压、弱电流的控制电路来控制高电压、强电流的工作电路,实现远程监测和生产自动化。科学合理地使用合适型号的继电器,并且根据其属性特征选择不同的接线方式,不仅能够实现多种类型的控制方案,还能提高企业员工工作效率,减少安全生产事故,使企业在安全、高效、稳定的自动控制模式中提升经济效益。