工業過程控制中信号隔離(lí)的重要(yào)性(xìng)

　　 信号隔離(lí)器(qì) 在(zài)生産(chǎn)過程(chéng)起(qǐ)監(jiān)視和(hé)控制的作用是(shì) 自動化(huà)儀表 的(de)一種(zhǒng)。在計算機(jī)及相應(yīng)執行機(jī)構,過程中的信(xìn)号既有(yǒu)微(wēi)弱到毫伏級的小(xiǎo)信(xìn)号,又(yòu)有(yǒu)數(shù)十伏(fú)的大信(xìn)号,而且(qiě)還有高(gāo)達數千伏、數(shù)百(bǎi)安培的(de)信号要處(chù)理(lǐ)。從頻率上講，有直流低頻範圍的(de)，也有高頻/脈沖(chòng)尖峰(fēng)。設(shè)備、儀表(biǎo)間互擾成(chéng)爲(wèi)系(xì)統調試中必須要解(jiě)決(jué)的問題(tí)。除了電磁屏蔽(bì)之外(wài)，解決各種(zhǒng)設備、儀表的“地(dì)”，也即(jí)信号(hào)參考(kǎo)點的(de)電位差。因(yīn)爲不(bú)同設備、儀(yí)表的(de)信号(hào)要互傳互(hù)送，那(nà)就存(cún)在信号參(cān)考點(diǎn)問題(tí)。換句話說，要使(shǐ)信号完整(zhěng)傳送、儀表中的(de)信号有一(yī)個共同的參(cān)考點，也(yě)即共有(yǒu)一個“地”。進一(yī)步(bù)講，所有(yǒu)設備、儀表(biǎo)的信(xìn)号的參考點之(zhī)間電位爲(wèi)“零”。但是在(zài)實際(jì)環境(jìng)中，這裏(lǐ)面(miàn)除了各個設備、儀表(biǎo)“地”之間(jiān)連線電(diàn)阻産生的(de)電壓(yā)降之(zhī)外，尚有各(gè)種設備、儀表在(zài)不同(tóng)環境受到(dào)幹擾不同(tóng)，以及(jí)導線接(jiē)點(diǎn)經受(shòu)風吹(chuī)雨(yǔ)淋，導緻(zhì)接點質(zhì)量下降(jiàng)等諸多(duō)因素。緻(zhì)使各(gè)個“地”之間(jiān)有差(chà)别。

　　兩個現(xiàn)場設(shè)備儀表(a,b)向(xiàng)plc傳送信(xìn)号以及(jí)plc向兩台現場設(shè)備儀表發出信(xìn)号。假定傳(chuán)送的(de)均爲(wèi)0-10vdc信号。情況，plc及兩個現(xiàn)場設(shè)備“地(dì)”電位相等(děng)。傳送過程(chéng)中又沒有(yǒu)幹(gàn)擾(rǎo)，這樣(yàng)從plc輸入來看，接(jiē)收正确。但正如(rú)前所述，兩(liǎng)個現(xiàn)場設備通常有(yǒu)“地”電位差(chà),舉例(lì)來講(jiǎng),a設備“地”與plc"地"同電位(wèi)，b設備(bèi)比它(tā)們的“地”電(diàn)位高(gāo)0.1v，這(zhè)樣a設備(bèi)給plc的信号(hào)爲0-10v，而(ér)b設備給plc的(de)爲0.1v-10.1v,誤(wù)差就産(chǎn)生了,同(tóng)時(shí)a,b設備(bèi)的(de)“地”線(xiàn)在plc彙(huì)合聯接。将(jiāng)0.1v電壓施(shī)加(jiā)在plc地(dì)線條(tiáo)上，有可能損壞plc局部(bù)“地”線(xiàn)，同時(shí)在(zài)顯示錯(cuò)誤數據，由此引(yǐn)起的(de)問題(tí)在現(xiàn)場調(diào)試(shì)中(zhōng)屢有(yǒu)出現(xiàn)。一個經典(diǎn)案例可以(yǐ)說明(míng) 信号(hào)隔離 的重(zhòng)要性:某公司的(de)生産(chǎn)線調(diào)試中(zhōng)，使用某廠(chǎng)家手操(cāo)器。數(shù)據采集(jí)闆有每八個通道，八個通道共(gòng)用一個12位(wèi)a/d，經過(guò)變換後，由12個光(guāng)耦實現與(yǔ)主機(jī)隔離。它的八個(gè)通道輸(shū)入之間并沒有(yǒu)隔離，緻(zhì)使八個通(tōng)道輸(shū)入信号每個單(dān)獨接入采(cǎi)集闆(pǎn)均正(zhèng)常，接(jiē)入兩(liǎng)個或多于兩個外部(bù)信号(hào)時，顯(xiǎn)示數(shù)字(zì)亂跳，故障無法排除。又(yòu)如某海(hǎi)巡船測(cè)試發動(dòng)機各點(diǎn)溫度(dù)，使用(yòng)k型偶(ǒu)作爲傳(chuán)感器，同(tóng)上述(shù)相似，僅測試一(yī)點一(yī)切正(zhèng)常，但是向主機接入(rù)兩(liǎng)點或兩(liǎng)點以上溫度時，顯示的溫度明(míng)顯錯誤(wù)。這(zhè)兩種(zhǒng)情況(kuàng)在接(jiē)入隔離器(qì)後，均(jun1)正常(cháng)。

　　 隔離器 之所以(yǐ)能起到這個作(zuò)用，就是它具有使輸(shū)入/輸出在電氣上隔離的(de)特點。換句話講，輸入(rù)/輸出之間(jiān)沒有共同“地”，外來信号不(bú)管是0-10v，或帶着+10v幹擾的10v-20v經隔(gé)離(lí)後均爲(wèi)0-10v，也即隔離後新建立的plc“地”與外(wài)部設備(bèi)、儀表“地(dì)”沒關(guān)系(xì)。正是由于(yú)這個(gè)原因，也實現(xiàn)輸入(rù)到plc主(zhǔ)機的多個(gè)外接(jiē)設備(bèi)儀表信号(hào)之間(jiān)隔離，也即(jí)它們(men)之間沒有(yǒu)“地”的關系。

　　上面談了(le)輸入(rù)到plc信(xìn)号的(de)隔離，同樣(yàng)在plc向外部信号(hào)設備傳出信号(hào)也有(yǒu)類(lèi)似現象問題。顯然(rán)采用隔離器亦能達(dá)到解(jiě)決(jué)問(wèn)題的目的。

　　談到plc向外(wài)部設備、儀表(biǎo)發(fā)送信(xìn)号，有(yǒu)一種(zhǒng)情況經常(cháng)遇到：要求(qiú)plc的輸出即(jí)能給顯示(shì)儀表(biǎo)，又能(néng)傳送給變(biàn)頻器一類的設(shè)備。欲解決幹擾(rǎo)問題，推(tuī)薦(jiàn)使用(yòng)隔離(lí)式信(xìn)号分(fèn)配器。這種隔離器即實(shí)現plc輸出(chū)信号與(yǔ)外設隔離，同(tóng)時實現外(wài)設(shè)之間隔(gé)離。

　　有(yǒu)時現(xiàn)場儀表在(zài)配套(tào)時，由于協調不(bú)利，産生了(le)如下情況，接收(shōu)信号設備(例如(rú)接收4-20ma)接(jiē)口連接(jiē)爲兩(liǎng)線制方式(shì)，也即接收口爲(wèi)一個24v電源與一(yī)個250Ω相串聯(lián).接口(kǒu)兩根線：一個(gè)爲(wèi)24v正極(jí)，一個(gè)爲250Ω一端，适(shì)于(yú)連接現(xiàn)場兩線(xiàn)制變送(sòng)器(qì)。假(jiǎ)如現場設(shè)備爲四線制變(biàn)送器，輸出(chū)4-20ma。這樣(yàng)進行(háng)直(zhí)接連接将造(zào)成電源沖突。解決方法是(shì)采用隔離(lí)器将現場來的4-20ma接收并隔離，在隔離(lí)器的(de)輸出部份(fèn)接入一(yī)個标準(zhǔn)的兩線制變(biàn)送(sòng)器，以應對(duì)接收(shōu)設備的接口。

　　隔(gé)離器(qì)要保(bǎo)證輸(shū)入/輸出兩(liǎng)個部分隔(gé)離，外加(jiā)工作電源24v在(zài)爲輸(shū)入、輸出部(bù)份供(gòng)電同時(shí)，必(bì)須确保在(zài)電氣上與(yǔ)兩個部分(fèn)隔離(lí)。這種輸入(rù)/輸出(chū)/外加工作(zuò)電源之間全部相互隔離的器(qì)件常(cháng)稱爲三隔離或(huò)全隔離(lí)器件. 從(cóng)理論上(shàng)講這種(zhǒng)供電方(fāng)式(shì),不管隔離器數量多(duō)少，均可用一台(tái)24v電源供電(diàn)，不會(huì)産生幹擾。

　　如果處理(lǐ)标準信号(hào)4-20ma，0-10v，0-5v輸入及輸出4-20ma，0-10v，0-5v信号，且同時需(xū)給(gěi)前級設(shè)備供電(diàn)的情況(kuàng)下，也稱(chēng)輸入/輸出(chū)/電源(yuán)三端全隔離,我(wǒ)們推薦(jiàn)采(cǎi)用某(mǒu)電子(zǐ)公司有源(yuán)信号隔離(lí)放大(dà)模塊（又稱隔離配電器或信号(hào)調理器）t62系列，該(gāi)系列産(chǎn)品具有0.1和0.05級的精度,同時溫漂控制在(zài)25ppm/℃,隔離耐壓強度(dù)高達(dá)3kv到(dào)6kvdc,線(xiàn)性的輸出保證了信(xìn)号在傳輸過程(chéng)當中,同時提供(gòng)了(le)内嵌電(diàn)源的(de)靈活多樣選(xuǎn)擇(zé)(輸入/輸(shū)出:5v,12v,24v).

　　如果(guǒ)處理(lǐ)4-20ma到4-20ma電(diàn)流信(xìn)号的(de)隔離，同時(shí)不需(xū)要給前級(jí)設備(bèi)配電(diàn)的同(tóng)時,這(zhè)裏(lǐ)推(tuī)薦一種純無源(yuán)信号(hào)隔離(lí)器t60系(xì)列。顯(xiǎn)然省去外接電(diàn)源,使接線(xiàn)更簡(jiǎn)捷,且功(gōng)耗低、溫升小、自身(shēn)熱量(liàng)低、可(kě)靠性高。t60的最(zuì)大特點在于(yú)不需要外接電(diàn)源,它(tā)帶來了簡(jiǎn)捷可(kě)靠(kào)的優點(diǎn),但也(yě)帶來了使(shǐ)用上的局(jú)限性. t60隻能對于(yú)4-20ma的電流信号(hào)進行的(de)隔離傳送,而不(bú)能處(chù)理(lǐ)電(diàn)壓信(xìn)号輸入,從另一(yī)個意(yì)義上講是(shì)功率傳送,内部(bù)的功(gōng)率(lǜ)損(sǔn)耗無法避(bì)免.損耗表(biǎo)現在輸入(rù)端和(hé)輸出端電流/電(diàn)壓乘積的差值上。以負載電阻(zǔ)rl=250Ω爲例(lì)，當輸(shū)出爲(wèi)20ma時,輸(shū)出端250Ω上的(de)電壓爲(wèi)5.0v,而(ér)輸入(rù)端的(de)兩端(duān)間電(diàn)壓測試爲8.8v.簡單(dān)計算(suàn)表明(míng),内部(bù)損耗等于(yú)20ma×（8.8v-5.0v）=76(mw),也即(jí)内部(bù)損耗(hào)爲76毫(háo)瓦.從使用者角(jiǎo)度來看，假若輸(shū)出端負載電阻(zǔ)rl等于250Ω，那麽(me)從輸(shū)入端看進去的(de)等效電(diàn)阻最大(dà)值爲8.8v/20ma=440（Ω）。換言(yán)之，在(zài)這種(zhǒng)情況下輸(shū)入的4-20ma電流源必須具(jù)有驅動440Ω負(fù)載的能力(lì)，才能(néng)使t60系列無(wú)源隔(gé)離器在輸出端負(fù)載電阻(zǔ)rl等于(yú)250Ω條件下正常工作。不過(guò),從(cóng)經驗(yàn)來看大部分現(xiàn)場儀表能滿足(zú)這些條件.

　　從隔離角(jiǎo)度(dù)看二線制變(biàn)送器(qì)（含壓力、溫度、流(liú)量…），分(fèn)爲隔離式(shì)及非(fēi)隔(gé)離式。采用隔(gé)離式(shì)二線(xiàn)制變送器(qì)的主要目(mù)的是(shì)提高(gāo)抗幹擾能力.

　　二線制(zhì)變(biàn)送(sòng)器的隔離(lí)有兩種方式.一(yī)種方式傳(chuán)感器(qì)和變送(sòng)器一體而又必須(xū)放置在現場指定地(dì)點，對于這(zhè)種情(qíng)況一般把隔離(lí)器安(ān)置在中央(yāng)控制室機(jī)櫃中(zhōng).對現場二線制(zhì)變送器(qì)的電源(yuán)配送有(yǒu)二種接口形式(shì)，要根據現場具體情況(kuàng)來定.　　　　

　　信号隔離(lí)放大(dà)器設計(jì)日趨小(xiǎo)型化，那麽(me)小型化(huà)的目的就是(shì)少占空間(jiān)。當(dāng)然應(yīng)該(gāi)允許用戶密集(jí)安裝(zhuāng)，密集安裝(zhuāng)就存(cún)在散熱問題。換(huàn)句話講，必須降(jiàng)低内(nèi)部(bù)功(gōng)耗。