模擬量信號隔離器應用和選型

【摘要】從信號隔離器的應用場(chǎng)景出發(fā)，結合客戶(hù)一些實(shí)際應用分析，介紹了工業(yè)現場(chǎng)信號隔離器的選用技術(shù) ，著(zhù)重分析了不同類(lèi)型的信號隔離器的應用特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】隔離器；PLC；信號；接地

 

 

       在工業(yè)系統中，信號隔離器多在外設與接口設備之間，保證信號的輸入和輸出隔離以及后級設備的穩定運行，解決了不同設備、儀表信號間的參考點(diǎn)的電位差，同時(shí)可以進(jìn)行干擾過(guò)濾，信號便可以完整的傳輸。若所有儀表、設備的信號只有一個(gè)共同的參考點(diǎn)則可達到好的效果，但在實(shí)際應用環(huán)境中，這一點(diǎn)幾乎是不可能。

       隔離器之所以能起到這個(gè)作用，在于輸入、輸出在電氣上*隔離的特點(diǎn)。輸入和輸出之間沒(méi)有共同“地"，如輸入信號是0~5V或帶著(zhù)+1V干擾的，經(jīng)隔離后仍為0~5V，即隔離后新建立的PLC“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)現輸入到PLC主機的多個(gè)外接設備儀表信號之間隔離，也即它們之間沒(méi)有“地"的關(guān)系。在PLC向外部信號設備傳出信號也有類(lèi)似現象問(wèn)題，使用隔離器也能達到解決問(wèn)題的目的。如圖1。

圖1

 

 

       大多數隔離器都要外加工作電源，一般為DC24V或AC220V。這個(gè)電源在為輸入、輸出部分供電時(shí)也確保在電氣上與輸入、輸出這兩個(gè)部分電氣隔離。這種輸入、輸出、工作電源之間相互隔離的隔離器稱(chēng)為三端隔離型。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。

1.支持多種輸入模式

       三端隔離型輸入支持多種輸入方式，分別為電流源、三線(xiàn)制、二線(xiàn)制。在自動(dòng)化控制系統中，一般需要現場(chǎng)的壓力、水位、流量等信號進(jìn)行測量監測，常常用到壓力傳感器、水位傳感器、流量傳感器等，這些非電量傳感器分為2線(xiàn)制、3線(xiàn)制、4線(xiàn)制等類(lèi)型，均需外部提供工作電源，為保證電源的安全性一般采用DC24V，常用的方式是采用由相關(guān)控制系統設備提供的DC24V電源。自動(dòng)化控制系統中需監測的傳感器數量多，關(guān)注其重要性以及確?，F場(chǎng)控制單元運行安全，一般提供獨立的DC24V電源模塊。信號隔離器作為傳感器和PLC連接的橋梁，不僅提高了模擬信號測量精度、抗電磁干擾能力、電氣隔離安全性能，而且能夠有效解決傳感器供電電源安全和相對獨立的問(wèn)題。

三端隔離型接線(xiàn)圖

 

 

       在儀表配套的現場(chǎng)，由于各種原因可能會(huì )產(chǎn)生如下情況：24 V兩線(xiàn)制接口可能接在電源接收設備的信號接入端，現場(chǎng)調試也會(huì )出現儀表接口不匹配。例如現場(chǎng)發(fā)送設備為四線(xiàn)制變送器輸出4~20mA，而接收端4~20mA的接口為二線(xiàn)回路供電方式，不方便外接電源，此時(shí)選用輸出端供電型信號隔離器，將供電型隔離器由信號輸出線(xiàn)接入到輸出環(huán)路，它由接收設備供電，同時(shí)隔離現場(chǎng)4線(xiàn)制變送器的信號并輸出。 

輸出端供電型接線(xiàn)圖

 

 

       如果處理4~20mA到4~20mA電流信號的隔離，這里推薦一種不需要再加電源的隔離器。顯然省去外接電源，使接線(xiàn)更簡(jiǎn)捷，且功耗低、自身熱量低、可靠性高。這種特點(diǎn)在于不需要外接電源，它帶來(lái)了簡(jiǎn)捷可靠的優(yōu)點(diǎn)，但也帶來(lái)了使用上的局限性，對于4~20mA信號進(jìn)行的隔離傳送，從另一個(gè)意義上講是功率傳送內部的功率損耗，帶載能力會(huì )受到輸入端電壓的影響，因此，實(shí)際應用過(guò)程需要根據后級負載需求和輸入端電壓的大小做考慮無(wú)源型是否合適。

無(wú)源型接線(xiàn)圖

 

 

       對于現場(chǎng)需要對4~20mA信號進(jìn)行隔離且為了簡(jiǎn)化布線(xiàn)選用無(wú)源型，需要注意后級的帶載需求，如果不能滿(mǎn)足帶載需求，則無(wú)源型不能正常使用；

       輸出端供電型應用場(chǎng)景中后級產(chǎn)品輸入回路帶有電源的情況，輸出端供電型的帶載需求和輸出回路的電源大小呈正相關(guān)；

       三端隔離型在應用上的劣勢就是需要獨立電源供電，但其精度、抗干擾能力、帶載能力、紋波都是優(yōu)于無(wú)源型和輸出端供電型。

 

 

1.概述

       BM100系列信號隔離器在工業(yè)生產(chǎn)中為增加儀表負載能力并保證連接同一信號的儀表之間互不干擾，提高電氣安全性能。BM100信號隔離器將輸入的電壓、電流、電阻或溫度等信號進(jìn)行采集、放大、運算、并進(jìn)行抗干擾處理后，再輸出隔離的電流和電壓信號，安全的輸送給二次儀表或PLC/DCS使用。

 

2.技術(shù)參數

 

       在PLC/DCS控制系統中加入信號隔離器的連接方式，有效解決了控制系統中的干擾問(wèn)題，但工業(yè)現場(chǎng)應用多種多樣，因此隔離器的選型也就顯得尤為重要。只有根據控制需要來(lái)選擇適合的隔離器，才能達到工業(yè)控制所需要的精度和穩定性。 

 

[1]企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6.

[2]陳 潔．隔離器在工業(yè)現場(chǎng)件的應用[J]．石油化工自動(dòng)化，2005

[3]汪紅勺. 工業(yè)現場(chǎng)隔離器件的應用和選擇[J].四川水泥,2006,5(5):45-47.[7]