二線制在哪些地方需要24V電源？

二線制作為一種常用的工業自動化和樓宇自動化信號傳輸方式，以其結構簡單、布線方便、維護成本較低等優點，在諸多應用場景中得到廣泛應用。盡管二線制的核心優勢在于利用同一根導線同時傳輸電源和信號，但并非所有情況下都能完全依靠回路電流供電，某些設備或場景下，仍然需要額外的24V電源來保證系統的穩定運行和性能。本文將深入探討二線制系統中需要24V電源的常見場合，分析其原因，并討論相關的注意事項。

一、需要24V電源的主要場景

盡管二線制的設計初衷是簡化布線，但某些特定設備或應用對功率或性能有較高要求，導致二線制回路電流無法滿足其需求，此時就需要引入額外的24V電源。以下是幾個常見的場景：

• 高功耗變送器或傳感器: 某些類型的變送器或傳感器，例如高精度壓力變送器、流量變送器、溫度變送器等，內部電路復雜，需要更穩定的電源供電。這些設備的功耗往往超過了二線制回路電流所能提供的上限（通常為4-20mA，對應一定電壓）。如果依靠回路電流供電，可能會導致設備工作不穩定，測量精度下降，甚至無法正常工作。因此，需要獨立的24V電源為其提供充足的電力支持，以確保其穩定可靠的運行。此外，一些配備了液晶顯示屏或背光燈的傳感器，也會消耗較多功率，更需要24V電源。

• 需要外部激勵的傳感器: 部分傳感器，例如某些型號的稱重傳感器、位移傳感器等，需要外部的激勵電壓才能正常工作。這些激勵電壓通常為24V，由獨立的電源提供，并非由二線制回路電流產生。這種情況下，24V電源的作用是為傳感器提供工作所需的能量，而不是用于信號傳輸。

• 帶繼電器輸出或報警功能的設備: 很多二線制儀表或設備，例如液位開關、壓力開關等，可能帶有繼電器輸出功能，用于控制閥門、電機等執行機構，或觸發報警信號。繼電器線圈需要一定的電流才能吸合，而二線制回路電流可能無法滿足繼電器的需求，尤其是在多個繼電器同時動作的情況下。因此，需要外部的24V電源驅動繼電器，確保其可靠動作。報警功能也類似，需要足夠的功率驅動蜂鳴器、指示燈等報警裝置。

• 長距離傳輸或存在較大阻抗的回路: 在長距離傳輸過程中，導線電阻會造成電壓降，導致到達末端設備的電壓不足。尤其是在電纜質量較差或接線不規范的情況下，電壓降會更加明顯。如果電壓低于設備的最低工作電壓，設備將無法正常工作。此時，可以考慮使用24V電源，以提高系統電壓裕度，克服電壓降的影響，確保信號的可靠傳輸。此外，如果回路中存在較大的阻抗，例如接觸不良的接線端子、銹蝕的導線等，也會導致電壓降，需要額外的24V電源來補償。

• 隔離要求較高的場合: 在某些對安全性和可靠性要求較高的場合，例如化工、石化等行業，需要將傳感器、變送器等設備與控制系統進行電氣隔離，以防止地線干擾、電壓尖峰等因素影響系統穩定。隔離可以通過使用隔離柵或隔離變送器來實現。這些隔離器件本身也需要供電，通常需要24V電源。

• 需要防雷保護的場合: 在雷電活動頻繁的地區，為了保護二線制系統免受雷擊損壞，需要安裝防雷器。防雷器在工作時需要一定的能量來鉗制電壓尖峰，部分防雷器本身也需要供電才能正常工作，此時就需要額外的24V電源。

• 總線延長器或信號放大器: 當二線制信號需要傳輸的距離超過其傳輸能力時，需要使用總線延長器或信號放大器來增強信號。這些設備需要獨立的電源供電，常見的電壓為24V。

• 帶HART通信協議的設備: 盡管HART通信協議可以疊加在4-20mA信號之上進行數字通信，但某些HART設備在進行通信時需要更大的電流，可能超過二線制回路電流的上限。此時，需要額外的24V電源來保證HART通信的可靠性。

二、需要24V電源的原因分析

上述場景都需要24V電源，其根本原因在于二線制回路電流的功率限制和設備自身的需求之間的矛盾。

• 功率限制: 二線制系統通常采用4-20mA電流信號進行傳輸，其最大電流為20mA，對應的電壓受到回路電阻的限制。即使采用較高的供電電壓，例如36V或48V，能提供的功率仍然有限。對于功耗較高的設備而言，二線制回路電流無法滿足其需求。

• 設備需求: 某些設備內部電路復雜，需要更穩定的電源供電；某些設備需要外部激勵才能工作；某些設備帶有繼電器輸出或報警功能，需要驅動外部負載。這些需求都增加了對電源功率的要求，超過了二線制回路電流所能提供的上限。

• 特殊功能: 一些特殊功能，例如隔離、防雷、信號放大等，需要額外的電路或器件來實現，這些電路或器件本身也需要供電，因此需要獨立的24V電源。

三、注意事項

在使用24V電源的二線制系統中，需要注意以下事項：

• 電源選擇: 選擇質量可靠、性能穩定的24V電源，以保證系統的穩定運行。電源的輸出電壓應穩定，紋波應小，并具有過流保護、短路保護等功能。

• 電源容量: 確保24V電源的容量足夠滿足所有設備的功率需求。在計算電源容量時，應考慮所有設備的額定功率，并留有一定的余量，以應對突發功率需求。

• 電源接線: 正確連接24V電源的電源線和地線，確保電源安全可靠。建議使用專用的電源線和接線端子，并進行絕緣處理。

• 接地: 正確接地對于防止干擾、保證系統安全至關重要。應確保所有設備的接地良好，并采取必要的接地措施，例如等電位連接、屏蔽接地等。

• 防雷: 在雷電活動頻繁的地區，應安裝防雷器，并確保防雷器接地良好。

• 維護: 定期檢查24V電源的工作狀態，例如輸出電壓是否穩定、是否有異常噪音等。定期維護電源，例如清理灰塵、檢查接線等，以延長電源的使用壽命。

綜上所述，盡管二線制系統以其簡潔的布線方式而著稱，但在某些高功耗、特殊功能的場合，仍然需要額外的24V電源來保證系統的穩定運行和性能。在設計和應用二線制系統時，需要充分考慮設備的功率需求、環境因素和安全要求，選擇合適的供電方式，并嚴格遵守相關的規范和標準，以確保系統的可靠性和安全性。