[实用新型]一种工业控制系统信号线路过电压保护装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及工业生产过程的集散控制系统（DCS）、可编程控制器（PLC）的模拟输入（AI）、模拟输出(AO)、开关量输入（DI）二线制信号线路的防雷击防过电压保护装置。

背景技术

目前，国内外市场上以防雷击为目的二线制信号线路过电压保护装置，基本是采用压敏电阻、放电管、瞬态电压抑制二极管（TVS）进行的各种组合装置，这些过电压保护装置对于因为雷击造成的过电压有抑制作用，但对于工业生产现场的事故过电压，例如在安装调试过程中出现的信号线路故障，特别是接错线，误将220VAC工频电源的相线、或者是将220VAC工频电源直接接入到集散控制系统（DCS）、可编程控制器（PLC）的直流低压信号回路的事故时有发生，这种事故一旦发生，造成集散控制系统（DCS）、可编程控制器（PLC）输入卡件瞬间损坏的严重事故。在这种情况下，即使是安装了目前市面上的防雷击过电压保护装置，也不能保护其下游端设备的安全，并且同样会在瞬间将这些保护装置自身损坏。

     另一方面，雷击过电压是一种电压幅值非常高，但持续时间又非常短（一般在几十到几百μs以内）的过电压。而工频过电压则是持续时间非常长的一种事故过电压，虽然电压的幅值不像雷击过电压那么高达数KV_P-P，但220VAC工频电源电压与24VDC直流信号回路相比，其危害程度甚至超过雷击过电压，一但出现错误，必然造成下游端设备瞬间100%损坏，根本不可能再给你任何改正错误的机会！因此，研究解决工业过程控制系统信号线路预防各种可能出现的过电压保护问题，具有重要的技术经济价值。

发明内容

     本实用新型的目的是提供一种工业控制系统信号线路过电压保护装置，不仅对工业生产现场出现的雷击过电压具有良好的抑制作用，即使是将220VAC的工频电源错误的直接接入到保护装置的输入端数天时间，不仅保护装置自身不会造成损坏，而且其输出的下游端设备也同样不会造成损坏。

本实用新型利用大功率瞬态电压抑制二极管(TVS)对其两端的过电压所具有的纳秒级的极快响应速度的特点，通过与一种叫做“自恢复保险丝”(PPTC)(PolyerPositiveTemperature Coefficent)的过流电子保护元件进行参数匹配并构成的保护电路，将雷击过电压和其它各种形式的事故过电压钳制在不会损坏下游端设备的安全电压范围内，再通过能承受工频事故电源电压的PPTC过流电子保护元件将事故过电压阻断在该保护装置之外。具体技术方案为：

该过电压保护装置的电路构成为：输入端分别由接线端子IN+与IN-构成，保护装置的输出端分别由接线端子OUT+、OUT-和接地端GND构成，自恢复保险丝PPTC1与玻璃管保险丝FUS1串联后，自恢复保险丝PPTC1的另一端与输入接线端子IN+相连接，玻璃管保险丝FUS1的另一端分别与瞬态电压抑制二极管TVS1的一端、瞬态电压抑制二极管TVS2的一端、滤波电容器C1的一端、滤波电容器C2的一端、输出接线端子OUT+相连接；自恢复保险丝PPTC2与玻璃管保险丝FUS2串联后，自恢复保险丝PPTC2的另一端与输入接线端子IN-相连接；玻璃管保险丝FUS2的另一端分别与瞬态电压抑制二极管TVS1的另一端、瞬态电压抑制二极管TVS3的一端、滤波电容器C1的另一端、滤波电容器C3的一端、输出接线端子OUT-相连接；瞬态电压抑制二极管TVS2的另一端、滤波电容器C2的另一端、瞬态电压抑制二极管TVS3的另一端、滤波电容器C3的另一端分别与地线GND相连接；整流二极管D1与发光二极管LED1、限流电阻R1、瞬态电压抑制二极管TVS4串联后，整流二极管D1的另一端与输入接线端子IN+相连接，瞬态电压抑制二极管TVS4的另一端与接地端GND相连接；整流二极管D2与发光二极管LED2、限流电阻R2、瞬态电压抑制二极管TVS5串联后，整流二极管D2的另一端与输入接线端子IN-相连接，瞬态电压抑制二极管TVS5的另一端与接地端GND相连接。

     该过电压保护装置自身的输入直流电阻（将输出端直接短接测量）在8-22欧姆。该过电压保护装置是串联安装在信号线路中间，从而实现对下游端贵重仪器仪表、精密电子设备、DCS系统的输入输出卡件的保护功能。如果在信号线路中安装了这种保护装置，就相当于在原来的测量线路中增加了8-22欧姆的线路电阻。这样的电阻值不会对原来的测控回路的正常工作造成任何影响。