一种接线端子板AI保护电路的制作方法

一种接线端子板ai保护电路
技术领域
1.本实用新型涉及dcs\plc控制系统电路技术领域，具体为一种接线端子板ai保护电路。


背景技术：

2.目前dcs\plc控制系统信号转换系统有分立元件导线连接和一体化配线两类。由于工业装置规模越来越大，系统规模动辄成千上万，调试、维护工作量较大，维修风险较高，一体化方案逐步变为主流，模块化的接线端子板在国内外dcs系统中使用越来越普遍。
3.目前一体化方案在国内外dcs控制系统中开始大幅度应用。该方案将接线端子、安全栅、隔离器、继电器、保险、开关、指示灯等元器件集成在一起，方便拔插和更换，减少了连接导线和接点，提高了系统运行稳定性。
4.一体化方案使用的接线端子板，信号在封闭的高密度的pcb板、接插件和线束内进行传输，导体全部被塑胶包裹，在某个通道发生故障时无法单独进行检测，无法排查准确故障点，发生故障时无法进行器件独立检查，只能采用整体更换部件的方法排除故障。如需更换部件，将使同一端子板上的多个回路同时停用，对生产装置的运行影响较大，维修成本较高。
5.如何准确挖掘故障原因，并结合原因设计必要的保护电路，从而减少故障发生的概率，是现代产品设计的基本思路。本实用新型就是为了解决这个问题而设计的接线端子板的ai信号保护电路。


技术实现要素：

6.本实用新型为了弥补现有技术的不足，提供了一种结构简单、使用方便的接线端子板ai保护电路。
7.本实用新型是通过如下技术方案实现的：
8.本实用新型的接线端子板ai保护电路，其特征在于：采用信号自恢复保险丝，串接在信号接线端子正端和内侧信号引脚正端之间，在内侧信号引脚正端和信号引脚负端之间，并接有限压元件瞬间抑制二极管；
9.在直流电源正端引脚与供电端子正端之间串入一个供电自恢复保险丝，直流电源负端引脚与供电端子负端和内侧信号引脚负端并接。
10.直流电源正端经过供电自恢复保险丝引至供电端子正端，通过外部导线引至仪表供电正端，仪表电流信号经过导线引至信号端子正端，经过信号自恢复保险丝引至内部信号引脚正端，仪表信号负端通过导线引至供电端子负端，经过内部覆铜引至内部信号引脚负端和直流电源负端，内部信号引脚正端和信号引脚负端之间并接有瞬间抑制二极管。
11.采用8通道模拟接线端子板时，在接线端子a、b、c接入8块模拟输入型变送器信号，用于对8个4-20ma信号进行传输；内侧接口，使用配套的专用接插件和线束将信号引入dcs的8通道模拟卡件；电源端子，供电自恢复保险丝，用于给仪表供电；整个接线端子板由pcb
板和壳体安装构成，板上还有测试口。
12.模拟量板外部接线结构，对应3种接线端子a、b、c，2线制变送器接在端子ab之间，4线制变送器信号接在端子bc之间，3线制变送器接在端子abc之间，每个通道只能接一种信号，但信号形式不限，2线制变送器、3线制变送器或4线制信号均可；在使用2线制变送器、3线制变送器时，电源正端a被通过导线引出。
13.本实用新型的有益效果是，该保护电路直接安装在控制系统的接线端子板上，用于对外部信号进行识别。当信号超出正常范围时，保护机制动作，叠加激励电流，激发保护元件快速动作，从而限制后部电压，保护dcs卡件和其它精密元器件不受伤害。
14.该保护电路解决了因线路故障或误操作导致的一体化接线端子板的损害问题，通过在端子板上安装一种保护电路，并且使用了参数匹配技术，将端子板上的过程电流、电压信号限制在容许范围，减少危险电压对精密元器件的损害。
15.该保护电路可以大幅度较少端子板和dcs卡件的故障率，降低维护费用和停工损失。该保护电路可以有效排除线路故障及误操作导致的系统伤害，避免了检修过程中的误拆、误触风险，大幅度减少检修事故，降低了对维修人员的技术要求，彻底解决了一体化接线模块的使用难题。
16.本产品能够提升接线端子板的可靠性和抗风险能力，从而减少集成化对系统的负面影响，减少误操作带来的额外故障和永久性损伤，保障正常生产的维续。
附图说明
17.图1为ai保护电路原理示意图。图2为接线端子板正面示例图，图3为模拟信号端子接线原理示意图。
18.图1中：1-信号自恢复保险丝，2-瞬间抑制二极管，3-供电自恢复保险丝，4-供电端子正端a，5-信号端子正端b，6-供电端子负端c，7-信号引脚正端，8-信号引脚负端，9-直流电源正端，10-直流电源负端。
19.图2中：11-安装壳体，12-pcb板，13-内侧接口（包括图1内7-信号引脚正端，8-信号引脚负端）， 16-供电端子（相当于图1内9-直流电源正端，10-直流电源负端），17-测试口，3-供电自恢复保险丝，4-供电端子正端a，5-信号端子正端b，6-供电端子负端c。
20.图3中：4-供电端子正端a，5-信号端子正端b，6-供电端子负端c，22-2线制变送器，23-4线制信号，24-3线制变送器。
具体实施方式
21.附图为本实用新型的一种具体实施例。
22.本实用新型的接线端子板ai保护电路包含以下部分：（图1）
23.采用特殊定制的电流型信号自恢复保险丝ptc元件1，串接在信号接线端子正端b 5和内侧信号引脚正端7（示例）之间，在内侧信号引脚正端7和信号引脚负端8之间，并接有限压元件瞬间抑制二极管2。
24.在直流电源正端引脚9与供电端子正端a 4之间串入一个供电自恢复保险丝3，直流电源负端引脚10与供电端子负端c 6和内侧信号引脚负端8并接。
25.本电路中模拟信号正常范围为6v以下，当信号在6v以下时，并入的保护元件瞬间
抑制二极管2和串入的信号自恢复保险丝1未发生动作，其漏电流不超过允许范围，对正常信号没有影响。
26.当因为线路故障及误操作原因，供电端子正端a 4与信号端子正端b 5发生短路，信号超出8v时，并联在信号引脚正端7和信号引脚负端8之间的瞬间抑制二极管击穿，产生较大的对地电流，该电流取自于电源正端9，激发自恢复保险丝1快速发热，内阻急剧升高，信号引脚正端7和信号引脚负端8之间的电压被限制在8v以下，达到限流限压目的。
27.根据查阅后续接驳的dcs系统ai卡件资料及计算得知，信号电压保持在8v以下且持续时间不超过3-5秒，信号回路不会受到损害。
28.直流电源正端9经过供电自恢复保险丝3引至供电端子正端a 4，通过外部导线引至仪表供电正端，仪表电流信号经过导线引至信号端子正端b 5，经过信号自恢复保险丝1引至内部信号引脚正端7，仪表信号负端通过导线引至供电端子负端c 6，经过内部覆铜引至内部信号引脚负端8和直流电源负端10，内部信号引脚正端7和信号引脚负端8之间并接有瞬间抑制二极管2。
29.图2中，该案例为一块普通8通道模拟接线端子板示意图，端子板可以在接线端子a 4、端子b 5、端子c 6接入8块模拟输入型变送信号，用于对8个4-20ma信号进行传输。内侧接口13，使用配套的专用接插件和线束将信号引入dcs的8通道模拟卡件。电源端子16，供电自恢复保险丝3，用于给仪表供电。整个端子板由pcb板12和壳体11构成，板上还有测试口17。
30.从现场仪表输出的信号经pcb板12上的端子、接插件、覆铜、内侧接口13送出，经过专用线束传输到dcs卡件，全部信号在密闭系统中传输。保护电路安装在板的内部。
31.测试接口17是与外部手持终端连接，用于检测信号。瞬间抑制二极管是贴片，在pcb板背面，供电自恢复保险丝3也在pcb板背面，正面布置图上看不到。
32.当出现误操作导致信号异常时，高压信号经过保护电路进行限压，使得内侧接口13上不会出现异常电压，达到保护系统的目的。
33.图3中，本案例是一个模拟量板外部接线结构示例，共含有3种接线端子a、端子b 5、端子c 6，2线制变送器22接在端子ab之间，4线制信号23接在端子bc之间，3线制变送器24接在端子abc之间，每个通道只能接一种信号，但信号形式不限，2线制变送器、3线制变送器或4线制信号均可。
34.工业生产中，在使用2线制变送器22、3线制变送器24时，电源正端a被通过导线引出。该类型电路常见的风险有两种，一是因雨水侵入导致ab之间绝缘降低形成短路，二是因人为操作原因，拆除线路时未及时停电导致ab之间短路。
35.可判定以上两种情况，ab之间短路都会导致电源电压从a串入b，进入信号通道，形成对系统的伤害。
36.控制系统中的模拟量输入信号有2线制、三线制和四线制三种形式，各家dcs控制系统的标准都有所区别。本实用新型就是通过总结各种信号及各种控制系统的共性特点，研究维修过程中故障的形成原因，找出共性特点，兼顾各种信号和各种系统的需要，设计的一种通用接口保护电路。
37.本产品能够利用瞬间抑制二极管存在大电流泄放的原理，产生动作电流，迅速激活保险动作；
38.本产品能够通过对工业应用中使用过程常见故障的分析和总结，找出产生故障的
根本原因，并通过技术手段抑制故障的发生；
39.本产品能够确保后续电路承受的故障残压在可控范围之内；
40.本产品能够采用了自恢复元件，故障消除后无需更换备件。

技术特征：
1.一种接线端子板ai保护电路，其特征在于：采用信号自恢复保险丝（1），串接在信号端子正端b（5）和内侧信号引脚正端（7）之间，在内侧信号引脚正端（7）和信号引脚负端（8）之间，并接有限压元件瞬间抑制二极管（2）；在直流电源正端（9）与供电端子正端a（4）之间串入一个供电自恢复保险丝（3），直流电源负端（10）与供电端子负端c（6）和内侧信号引脚负端（8）并接。2.根据权利要求1所述的接线端子板ai保护电路，其特征在于：直流电源正端（9）经过供电自恢复保险丝（3）引至供电端子正端a（4），通过外部导线引至仪表供电正端，仪表电流信号经过导线引至信号端子正端b（5），经过信号自恢复保险丝（1）引至内侧信号引脚正端（7），仪表信号负端通过导线引至供电端子负端c（6），经过内部覆铜引至内部信号引脚负端（8）和直流电源负端（10），内部信号引脚正端（7）和信号引脚负端（8）之间并接有瞬间抑制二极管（2）。3.根据权利要求1或2所述的接线端子板ai保护电路，其特征在于：采用8通道模拟接线端子板时，在供电端子正端 a（4）、信号端子正端b（5）、供电端子负端c（6）接入8块模拟输入型变送器信号，用于对8个4-20ma信号进行传输；内侧接口（13），使用配套的接插件和线束将信号引入dcs的8通道模拟卡件；电源端子（16），供电自恢复保险丝（3），用于给仪表供电；整个接线端子板由pcb板（12）和壳体（11）安装构成，板上还有测试口（17）。4.根据权利要求1或2所述的接线端子板ai保护电路，其特征在于：模拟量接线端子板外部接线结构，对应3种接线端子即供电端子正端 a（4）、信号端子正端b（5）、供电端子负端c（6），2线制变送器（22）接在端子ab之间，4线制变送器信号（23）接在端子bc之间，3线制变送器（24）接在端子abc之间，每个通道只能接一种信号，但信号形式不限，2线制变送器、3线制变送器或4线制信号均能使用。

技术总结
本实用新型的接线端子板AI保护电路，其特征在于：采用自恢复保险丝PTC元件，串接在信号接线端子正端和内侧信号引脚正端之间，在内侧信号引脚正端和信号引脚负端之间，并接有限压元件瞬间抑制二极管；在供电电源正端引脚与供电端子正端之间串入一个供电自恢复保险，供电电源负端引脚与供电端子负端和内侧信号引脚负端并接。本实用新型的有益效果是，保护电路直接安装在控制系统的接线端子板上，用于对外部信号进行识别。当信号超出正常范围时，保护机制动作，叠加激励电流，激发保护元件快速动作，从而限制后部电压，保护DCS卡件和其它精密元器件不受伤害。元器件不受伤害。元器件不受伤害。


技术研发人员：毕义军 毕义正 宋伟 王震 刘海彬
受保护的技术使用者：滨州新大新机电科技有限公司
技术研发日：2022.07.30
技术公布日：2023/1/6