工業(yè)現場(chǎng)隔離器的應用和選擇

工業(yè)現場(chǎng)隔離器的應用和選擇

生產(chǎn)過(guò)程監視和控制中要用到多種自動(dòng)化儀表、計算機及相應執行機構,互相傳遞的既有微弱的毫伏級小信號,又有數十伏大信號，甚至還有高達數千伏、數百安培信號。從頻率上講，有直流低頻，也有高頻脈沖。設備、儀表間的互相干擾就成為系統調試中必須要解決的問(wèn)題。除了電磁屏蔽之外，解決各種設備、儀表的“地”，即信號參考點(diǎn)的電位差，是現場(chǎng)調試的重要問(wèn)題。

一、隔離的二個(gè)原則

    信號要完整傳送，就要解決不同設備、儀表信號間的參考點(diǎn)電位差。理想化的情況是所有設備、儀表的信號有一個(gè)共同的參考點(diǎn)，即共有一個(gè)“地”。進(jìn)一步講，所有設備、儀表的電參考點(diǎn)之間電位差為“零”。在實(shí)際環(huán)境中，這一點(diǎn)幾乎是不可能。這里面除了各個(gè)設備、儀表“地”之間的連線(xiàn)電阻產(chǎn)生的電壓降之外，尚有各種設備、儀表在不同環(huán)境受到的干擾不同，以及導線(xiàn)接點(diǎn)經(jīng)受風(fēng)吹雨淋，導致接點(diǎn)質(zhì)量下降等諸多因素，致使各個(gè)“地”之間有差別。

    “地”引起的問(wèn)題在現場(chǎng)調試中屢有出現。例如某大型建材公司在生產(chǎn)線(xiàn)監控設備中，使用了國外某公司PLC和國內某廠(chǎng)家手操器。該PLC的每個(gè)數據采集板由八個(gè)通道組成，

八個(gè)通道共用一個(gè)12位A/D，經(jīng)過(guò)變換后的數字信號輸送到由12個(gè)光耦構成的隔離器實(shí)現與主機隔離，但它的八個(gè)通道輸入之間并沒(méi)有隔離。在輸入信號時(shí)，每個(gè)通道單獨輸入到

采集板均正常。若同時(shí)輸入兩個(gè)或多于兩個(gè)外部信號時(shí)，顯示數字亂跳，故障無(wú)法排除。又如航天某部門(mén)使用K型熱偶作為傳感器測試發(fā)動(dòng)機各點(diǎn)溫度，同上述相似，在測試一個(gè)

點(diǎn)時(shí)一切正常，但是向主機接入二個(gè)點(diǎn)或更多點(diǎn)時(shí)，顯示的溫度明顯錯誤。這兩種情況使用隔離器后，問(wèn)題解決工作正常。

    隔離器之所以能起到這個(gè)作用，就是由于它具有使輸入/輸出在電氣上*隔離的特點(diǎn)。換句話(huà)講，輸入/輸出之間沒(méi)有共同“地”，外來(lái)信號不管是0-10V，還是帶著(zhù)共模干擾電壓的0-10V經(jīng)隔離后均為0-10V.即隔離后新建立的“地”與外部設備、儀表“地”沒(méi)關(guān)系。正是由于這個(gè)原因，也實(shí)現了輸入到PLC主機的多個(gè)外接設備儀表信號之間隔離，即它們之間沒(méi)有“地”的關(guān)系。

    上面談了輸入信號和PLC的隔離，同樣PLC向外部設備輸出信號也有類(lèi)似現象問(wèn)題，采用隔離器就能達到解決問(wèn)題的目的。

    另一種經(jīng)常遇到的情況是要求一個(gè)信號既能向顯示儀表輸送信號，又能傳送給諸如變頻器之類(lèi)的設備，這樣就有可能在兩個(gè)設備之間產(chǎn)生互擾。這時(shí)就要求二個(gè)輸出之間也是隔離的。推薦使用隔離式信號分配器。它能實(shí)現輸入信號與外部設備隔離，同時(shí)實(shí)現接收信號設備之間隔離。   

綜上所述，解決“地”問(wèn)題要遵循兩個(gè)原則。*：外部設備與*處理系統（例如PLC、DCS）之間要進(jìn)行電氣隔離。第二：外部設備信號（無(wú)論是向*處理系統發(fā)送信號的外部設備到還是接收信號的外部設備）之間要實(shí)現相互電氣隔離。系統安裝遵循了這兩個(gè)原則就能*克服由于“地”之間的差異引入的干擾。

    大多數隔離器都要外加工作電源，一般為DC 24V或AC 220V。這個(gè)電源在為輸入、輸出部份供電時(shí)必須確保在電氣上與輸入/輸出兩個(gè)部分隔離。這種輸入/輸出/外加工作電源

之間全部相互隔離的器件稱(chēng)為三隔離或全隔離器件。從理論上講，這種供電方式不管隔離器數量多少，均可用一臺電源供電，不會(huì )引入干擾。這樣的產(chǎn)品符合上述的二個(gè)原則。

二、依據接口選擇產(chǎn)品

    工業(yè)現場(chǎng)zui常見(jiàn)的信號是4-20mA﹑0-10V，對于諸如壓力、溫度、流量等物理量也要處理成4-20mA﹑0-10V信號以便計算機處理。將這些物理量轉換為儀表用4-20mA﹑0-10V信號

的設備稱(chēng)為--變送器。圖3給出了以Pt100為傳感器的隔離溫度變送器應用連線(xiàn)圖。它以電阻變化體現溫度變化，因而現場(chǎng)連接線(xiàn)線(xiàn)電阻會(huì )引入誤差。一般講來(lái)象WS9050﹑WS2050這

類(lèi)變送器都具有長(cháng)線(xiàn)補償功能，能消除引線(xiàn)電阻引入的誤差并有線(xiàn)性化功能，確保轉換。

    象WS2050這類(lèi)二線(xiàn)制變送器，它的電源與輸出共“地”，沒(méi)有隔離。當多個(gè)Pt100經(jīng)由多路WS2050輸送到PLC時(shí)，雖然輸出共用一個(gè)24V電源，只要輸出接到有共同參考點(diǎn)的模

擬量輸入板，這種連接就符合本文上述指出的二個(gè)原則，解決了不同“地”引入的擾動(dòng)。需要注意的是：多路WS2050接到不同的PLC就要使用各自的24V電源。