簡婷

安科瑞電氣股份有限公司 上(shang)海嘉定  201801

【摘要(yao)】從信號隔離器(qi)的(de)應用場(chang)景出發，結合客戶一(yi)些(xie)實際應用分(fen)析，介紹了工業現(xian)場(chang)信號隔離器(qi)的(de)選用技術 ，著重(zhong)分(fen)析了不(bu)同類型的(de)信號隔離器(qi)的(de)應用特點(dian)。

【關鍵詞】隔離器；PLC；信號(hao)；接地(di)

引言

       在(zai)工業系統中(zhong)，信(xin)號(hao)隔離器多在(zai)外(wai)設與接口設備(bei)(bei)之間，保證信(xin)號(hao)的(de)輸入和(he)輸出隔離以及后級設備(bei)(bei)的(de)穩定運行，解決(jue)了不同設備(bei)(bei)、儀(yi)表信(xin)號(hao)間的(de)參(can)考點的(de)電位(wei)差，同時可以進行干擾過濾，信(xin)號(hao)便(bian)可以完整的(de)傳輸。若所有儀(yi)表、設備(bei)(bei)的(de)信(xin)號(hao)只有一個共同的(de)參(can)考點則可達到(dao)好的(de)效(xiao)果，但在(zai)實際應用環境中(zhong)，這一點幾(ji)乎是不可能。

       隔(ge)離(li)(li)器之(zhi)所以能起到這個(ge)作用，在于(yu)輸(shu)(shu)入(ru)(ru)、輸(shu)(shu)出(chu)在電氣(qi)上*隔(ge)離(li)(li)的(de)(de)特點。輸(shu)(shu)入(ru)(ru)和輸(shu)(shu)出(chu)之(zhi)間(jian)沒(mei)有共同“地(di)”，如輸(shu)(shu)入(ru)(ru)信號(hao)是0~5V或帶著(zhu)+1V干擾的(de)(de)，經隔(ge)離(li)(li)后仍為0~5V，即(ji)隔(ge)離(li)(li)后新建(jian)立的(de)(de)PLC“地(di)”與外(wai)部設備、儀表(biao)“地(di)”沒(mei)關系(xi)：正是由于(yu)這個(ge)原因，也(ye)實現(xian)輸(shu)(shu)入(ru)(ru)到PLC主機的(de)(de)多個(ge)外(wai)接(jie)設備儀表(biao)信號(hao)之(zhi)間(jian)隔(ge)離(li)(li)，也(ye)即(ji)它們(men)之(zhi)間(jian)沒(mei)有“地(di)”的(de)(de)關系(xi)。在PLC向外(wai)部信號(hao)設備傳出(chu)信號(hao)也(ye)有類似現(xian)象(xiang)問題，使用隔(ge)離(li)(li)器也(ye)能達(da)到解決問題的(de)(de)目的(de)(de)。如圖(tu)1。

圖1

一(yi)、三端隔離型

       大(da)多數隔(ge)(ge)離(li)器(qi)(qi)都要外加工(gong)作(zuo)電(dian)源(yuan)，一般為DC24V或AC220V。這(zhe)個電(dian)源(yuan)在(zai)(zai)為輸(shu)(shu)入(ru)、輸(shu)(shu)出(chu)部分(fen)供(gong)電(dian)時也確(que)保(bao)在(zai)(zai)電(dian)氣(qi)(qi)上與輸(shu)(shu)入(ru)、輸(shu)(shu)出(chu)這(zhe)兩個部分(fen)電(dian)氣(qi)(qi)隔(ge)(ge)離(li)。這(zhe)種輸(shu)(shu)入(ru)、輸(shu)(shu)出(chu)、工(gong)作(zuo)電(dian)源(yuan)之間相互隔(ge)(ge)離(li)的隔(ge)(ge)離(li)器(qi)(qi)稱為三端隔(ge)(ge)離(li)型(xing)。從理論上講，這(zhe)種供(gong)電(dian)方式不管隔(ge)(ge)離(li)器(qi)(qi)數量多少，均可(ke)用一臺電(dian)源(yuan)供(gong)電(dian)，不會(hui)引入(ru)干擾。

1.支持多種輸入模式

       三端(duan)隔離型(xing)輸(shu)入支持多種輸(shu)入方式，分(fen)別為(wei)(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)源、三線(xian)(xian)(xian)制(zhi)(zhi)、二線(xian)(xian)(xian)制(zhi)(zhi)。在自(zi)動化控制(zhi)(zhi)系(xi)統(tong)中(zhong)，一般需(xu)(xu)要現場(chang)的(de)壓(ya)力、水(shui)(shui)位、流(liu)量(liang)等(deng)信(xin)號進行(xing)測(ce)量(liang)監(jian)(jian)測(ce)，常(chang)常(chang)用(yong)到(dao)壓(ya)力傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器、水(shui)(shui)位傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器、流(liu)量(liang)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器等(deng)，這些非電(dian)(dian)(dian)(dian)量(liang)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器分(fen)為(wei)(wei)2線(xian)(xian)(xian)制(zhi)(zhi)、3線(xian)(xian)(xian)制(zhi)(zhi)、4線(xian)(xian)(xian)制(zhi)(zhi)等(deng)類型(xing)，均(jun)需(xu)(xu)外(wai)部提(ti)(ti)供(gong)工(gong)作電(dian)(dian)(dian)(dian)源，為(wei)(wei)保(bao)證電(dian)(dian)(dian)(dian)源的(de)安全(quan)性(xing)一般采(cai)用(yong)DC24V，常(chang)用(yong)的(de)方式是采(cai)用(yong)由相關(guan)控制(zhi)(zhi)系(xi)統(tong)設備提(ti)(ti)供(gong)的(de)DC24V電(dian)(dian)(dian)(dian)源。自(zi)動化控制(zhi)(zhi)系(xi)統(tong)中(zhong)需(xu)(xu)監(jian)(jian)測(ce)的(de)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器數(shu)量(liang)多，關(guan)注(zhu)其重要性(xing)以及(ji)確保(bao)現場(chang)控制(zhi)(zhi)單元運(yun)行(xing)安全(quan)，一般提(ti)(ti)供(gong)獨立的(de)DC24V電(dian)(dian)(dian)(dian)源模(mo)塊(kuai)。信(xin)號隔離器作為(wei)(wei)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器和PLC連接的(de)橋梁，不僅提(ti)(ti)高了模(mo)擬(ni)信(xin)號測(ce)量(liang)精度、抗電(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)、電氣隔離(li)安全性能，而且(qie)能夠(gou)有(you)效解決傳感(gan)器供電電源安全和相對(dui)獨立的問(wen)題(ti)。

三端(duan)隔離型接線圖(tu)

二、輸出端供電(dian)型

       在儀表配套的(de)現場(chang)，由(you)于各種(zhong)原(yuan)因可(ke)能會(hui)產生(sheng)如下(xia)情(qing)況(kuang)：24 V兩線(xian)(xian)(xian)制接(jie)口(kou)可(ke)能接(jie)在電(dian)源接(jie)收(shou)設備(bei)的(de)信號(hao)接(jie)入端，現場(chang)調試(shi)也(ye)會(hui)出(chu)(chu)現儀表接(jie)口(kou)不匹配。例如現場(chang)發送設備(bei)為四線(xian)(xian)(xian)制變送器(qi)(qi)輸(shu)出(chu)(chu)4~20mA，而接(jie)收(shou)端4~20mA的(de)接(jie)口(kou)為二線(xian)(xian)(xian)回(hui)路(lu)供電(dian)方式，不方便外(wai)接(jie)電(dian)源，此時選用輸(shu)出(chu)(chu)端供電(dian)型信號(hao)隔(ge)離(li)器(qi)(qi)，將(jiang)供電(dian)型隔(ge)離(li)器(qi)(qi)由(you)信號(hao)輸(shu)出(chu)(chu)線(xian)(xian)(xian)接(jie)入到輸(shu)出(chu)(chu)環(huan)路(lu)，它由(you)接(jie)收(shou)設備(bei)供電(dian)，同時隔(ge)離(li)現場(chang)4線(xian)(xian)(xian)制變送器(qi)(qi)的(de)信號(hao)并輸(shu)出(chu)(chu)。 

輸(shu)出端供電型接線圖

三(san)、無源型

       如(ru)果處理4~20mA到4~20mA電流信(xin)號(hao)的隔(ge)離，這(zhe)里一(yi)種不需要再加電源的隔(ge)離器。顯然省去外接電源，使接線更簡捷(jie)，且功(gong)耗(hao)低、自身(shen)熱量低、可靠性(xing)(xing)高。這(zhe)種特點(dian)(dian)在于不需要外接電源，它帶來了簡捷(jie)可靠的優(you)點(dian)(dian)，但(dan)也(ye)帶來了使用上的局限(xian)性(xing)(xing)，對于4~20mA信(xin)號(hao)進行(xing)的隔(ge)離傳送，從另一(yi)個意義上講是功(gong)率傳送內部(bu)的功(gong)率損耗(hao)，帶載能力會(hui)受到輸入(ru)端(duan)電壓的影響(xiang)，因此，實(shi)際應用過程需要根據后級負載需求和(he)輸入(ru)端(duan)電壓的大小做考慮無源型是否合適。

四、應用選(xuan)型(xing)

       對于現場需(xu)要對4~20mA信號進(jin)行隔離且(qie)為了簡化布線選用(yong)無源型，需(xu)要注(zhu)意后(hou)級的帶載(zai)需(xu)求(qiu)，如(ru)果不(bu)能(neng)滿足(zu)帶載(zai)需(xu)求(qiu)，則無源型不(bu)能(neng)正常使(shi)用(yong)；

       輸(shu)出端(duan)供電型應(ying)用場景中后(hou)級(ji)產品輸(shu)入回路(lu)帶有電源的(de)情(qing)況，輸(shu)出端(duan)供電型的(de)帶載(zai)需求(qiu)和輸(shu)出回路(lu)的(de)電源大小(xiao)呈(cheng)正相關；

       三(san)端(duan)隔離(li)型在應用上(shang)的劣(lie)勢就是需要獨(du)立電(dian)源供電(dian)，但其(qi)精度(du)、抗力(li)(li)、帶載能力(li)(li)、紋波都是優于(yu)無(wu)源型和輸出端供電型。

五、BM100信號隔(ge)離器

1.概(gai)述(shu)

       BM100系列信(xin)號(hao)隔離器(qi)在工業生產中為增(zeng)加儀(yi)表負載能力并保證連接同一信(xin)號(hao)的儀(yi)表之間互(hu)不(bu)干(gan)擾，提(ti)高電(dian)氣安全(quan)性能。BM100信(xin)號(hao)隔離器(qi)將輸(shu)入的電(dian)壓(ya)(ya)、電(dian)流、電(dian)阻或溫度等(deng)信(xin)號(hao)進行(xing)采集、放大(da)、運算、并進行(xing)抗干(gan)擾處理后，再(zai)輸(shu)出隔離的電(dian)流和(he)電(dian)壓(ya)(ya)信(xin)號(hao)，安全(quan)的輸(shu)送給二次儀(yi)表或PLC/DCS使用(yong)。

2.技術參數(shu)

六、結束語

       在(zai)PLC/DCS控(kong)制系統(tong)中加入信(xin)號(hao)隔離器(qi)的連接(jie)方式(shi)，有(you)效解決了控(kong)制系統(tong)中的干擾(rao)問題(ti)，但(dan)工(gong)業現場應用多種多樣(yang)，因此隔離器(qi)的選(xuan)型也就(jiu)顯得尤為重要(yao)。只有(you)根據控(kong)制需要(yao)來選(xuan)擇適合的隔離器(qi)，才能達(da)到工(gong)業控(kong)制所需要(yao)的精度(du)和穩定性。 

參考文獻：

[1]企業微電(dian)網(wang)設計與應用手冊.2020.6.

[2]陳 潔．隔(ge)離(li)器(qi)在(zai)工(gong)業現(xian)場件的應用(yong)[J]．石油(you)化工(gong)自動化，2005

[3]汪紅勺. 工(gong)業(ye)現場隔離器(qi)件(jian)的(de)應(ying)用(yong)和選(xuan)擇[J].四川水泥(ni),2006,5(5):45-47.[7]

作者簡介：簡婷，女，本科，電(dian)子信息工程，主要從事電(dian)量傳感(gan)器研發。