二线制作为一种常用的工业自动化和楼宇自动化信号传输方式，以其结构简单、布线方便、维护成本较低等优点，在诸多应用场景中得到广泛应用。尽管二线制的核心优势在于利用同一根导线同时传输电源和信号，但并非所有情况下都能完全依靠回路电流供电，某些设备或场景下，仍然需要额外的24V电源来保证系统的稳定运行和性能。本文将深入探讨二线制系统中需要24V电源的常见场合，分析其原因，并讨论相关的注意事项。
一、需要24V电源的主要场景
尽管二线制的设计初衷是简化布线，但某些特定设备或应用对功率或性能有较高要求，导致二线制回路电流无法满足其需求，此时就需要引入额外的24V电源。以下是几个常见的场景：
高功耗变送器或传感器: 某些类型的变送器或传感器，例如高精度压力变送器、流量变送器、温度变送器等，内部电路复杂，需要更稳定的电源供电。这些设备的功耗往往超过了二线制回路电流所能提供的上限（通常为4-20mA，对应一定电压）。如果依靠回路电流供电，可能会导致设备工作不稳定，测量精度下降，甚至无法正常工作。因此，需要独立的24V电源为其提供充足的电力支持，以确保其稳定可靠的运行。此外，一些配备了液晶显示屏或背光灯的传感器，也会消耗较多功率，更需要24V电源。
需要外部激励的传感器: 部分传感器，例如某些型号的称重传感器、位移传感器等，需要外部的激励电压才能正常工作。这些激励电压通常为24V，由独立的电源提供，并非由二线制回路电流产生。这种情况下，24V电源的作用是为传感器提供工作所需的能量，而不是用于信号传输。
带继电器输出或报警功能的设备: 很多二线制仪表或设备，例如液位开关、压力开关等，可能带有继电器输出功能，用于控制阀门、电机等执行机构，或触发报警信号。继电器线圈需要一定的电流才能吸合，而二线制回路电流可能无法满足继电器的需求，尤其是在多个继电器同时动作的情况下。因此，需要外部的24V电源驱动继电器，确保其可靠动作。报警功能也类似，需要足够的功率驱动蜂鸣器、指示灯等报警装置。
长距离传输或存在较大阻抗的回路: 在长距离传输过程中，导线电阻会造成电压降，导致到达末端设备的电压不足。尤其是在电缆质量较差或接线不规范的情况下，电压降会更加明显。如果电压低于设备的最低工作电压，设备将无法正常工作。此时，可以考虑使用24V电源，以提高系统电压裕度，克服电压降的影响，确保信号的可靠传输。此外，如果回路中存在较大的阻抗，例如接触不良的接线端子、锈蚀的导线等，也会导致电压降，需要额外的24V电源来补偿。
隔离要求较高的场合: 在某些对安全性和可靠性要求较高的场合，例如化工、石化等行业，需要将传感器、变送器等设备与控制系统进行电气隔离，以防止地线干扰、电压尖峰等因素影响系统稳定。隔离可以通过使用隔离栅或隔离变送器来实现。这些隔离器件本身也需要供电，通常需要24V电源。
需要防雷保护的场合: 在雷电活动频繁的地区，为了保护二线制系统免受雷击损坏，需要安装防雷器。防雷器在工作时需要一定的能量来钳制电压尖峰，部分防雷器本身也需要供电才能正常工作，此时就需要额外的24V电源。
总线延长器或信号放大器: 当二线制信号需要传输的距离超过其传输能力时，需要使用总线延长器或信号放大器来增强信号。这些设备需要独立的电源供电，常见的电压为24V。
带HART通信协议的设备: 尽管HART通信协议可以叠加在4-20mA信号之上进行数字通信，但某些HART设备在进行通信时需要更大的电流，可能超过二线制回路电流的上限。此时，需要额外的24V电源来保证HART通信的可靠性。
二、需要24V电源的原因分析
上述场景都需要24V电源，其根本原因在于二线制回路电流的功率限制和设备自身的需求之间的矛盾。
功率限制: 二线制系统通常采用4-20mA电流信号进行传输，其最大电流为20mA，对应的电压受到回路电阻的限制。即使采用较高的供电电压，例如36V或48V，能提供的功率仍然有限。对于功耗较高的设备而言，二线制回路电流无法满足其需求。
设备需求: 某些设备内部电路复杂，需要更稳定的电源供电；某些设备需要外部激励才能工作；某些设备带有继电器输出或报警功能，需要驱动外部负载。这些需求都增加了对电源功率的要求，超过了二线制回路电流所能提供的上限。
特殊功能: 一些特殊功能，例如隔离、防雷、信号放大等，需要额外的电路或器件来实现，这些电路或器件本身也需要供电，因此需要独立的24V电源。
三、注意事项
在使用24V电源的二线制系统中，需要注意以下事项：
电源选择: 选择质量可靠、性能稳定的24V电源，以保证系统的稳定运行。电源的输出电压应稳定，纹波应小，并具有过流保护、短路保护等功能。
电源容量: 确保24V电源的容量足够满足所有设备的功率需求。在计算电源容量时，应考虑所有设备的额定功率，并留有一定的余量，以应对突发功率需求。
电源接线: 正确连接24V电源的电源线和地线，确保电源安全可靠。建议使用专用的电源线和接线端子，并进行绝缘处理。
接地: 正确接地对于防止干扰、保证系统安全至关重要。应确保所有设备的接地良好，并采取必要的接地措施，例如等电位连接、屏蔽接地等。
防雷: 在雷电活动频繁的地区，应安装防雷器，并确保防雷器接地良好。
维护: 定期检查24V电源的工作状态，例如输出电压是否稳定、是否有异常噪音等。定期维护电源，例如清理灰尘、检查接线等，以延长电源的使用寿命。
综上所述，尽管二线制系统以其简洁的布线方式而著称，但在某些高功耗、特殊功能的场合，仍然需要额外的24V电源来保证系统的稳定运行和性能。在设计和应用二线制系统时，需要充分考虑设备的功率需求、环境因素和安全要求，选择合适的供电方式，并严格遵守相关的规范和标准，以确保系统的可靠性和安全性。
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