工業(yè)現(xiàn)場隔離器的應(yīng)用和選擇

生產(chǎn)過程監(jiān)視和控制中要用到多種自動化儀表、計算機及相應(yīng)執(zhí)行機構(gòu),互相傳遞的既有微弱的毫伏級小信號,又有數(shù)十伏大信號，甚至還有高達數(shù)千伏、數(shù)百安培信號。從頻率上講，有直流低頻，也有高頻脈沖。設(shè)備、儀表間的互相干擾就成為系統(tǒng)調(diào)試中必須要解決的問題。除了電磁屏蔽之外，解決各種設(shè)備、儀表的“地”，即信號參考點的電位差，是現(xiàn)場調(diào)試的重要問題。

一、隔離的二個原則

    信號要完整傳送，就要解決不同設(shè)備、儀表信號間的參考點電位差。理想化的情況是所有設(shè)備、儀表的信號有一個共同的參考點，即共有一個“地”。進一步講，所有設(shè)備、儀表的電參考點之間電位差為“零”。在實際環(huán)境中，這一點幾乎是不可能。這里面除了各個設(shè)備、儀表“地”之間的連線電阻產(chǎn)生的電壓降之外，尚有各種設(shè)備、儀表在不同環(huán)境受到的干擾不同，以及導(dǎo)線接點經(jīng)受風(fēng)吹雨淋，導(dǎo)致接點質(zhì)量下降等諸多因素，致使各個“地”之間有差別。

    “地”引起的問題在現(xiàn)場調(diào)試中屢有出現(xiàn)。例如某大型建材公司在生產(chǎn)線監(jiān)控設(shè)備中，使用了國外某公司PLC和國內(nèi)某廠家手操器。該PLC的每個數(shù)據(jù)采集板由八個通道組成，

八個通道共用一個12位A/D，經(jīng)過變換后的數(shù)字信號輸送到由12個光耦構(gòu)成的隔離器實現(xiàn)與主機隔離，但它的八個通道輸入之間并沒有隔離。在輸入信號時，每個通道單獨輸入到

采集板均正常。若同時輸入兩個或多于兩個外部信號時，顯示數(shù)字亂跳，故障無法排除。又如航天某部門使用K型熱偶作為傳感器測試發(fā)動機各點溫度，同上述相似，在測試一個

點時一切正常，但是向主機接入二個點或更多點時，顯示的溫度明顯錯誤。這兩種情況使用隔離器后，問題解決工作正常。

    隔離器之所以能起到這個作用，就是由于它具有使輸入/輸出在電氣上*隔離的特點。換句話講，輸入/輸出之間沒有共同“地”，外來信號不管是0-10V，還是帶著共模干擾電壓的0-10V經(jīng)隔離后均為0-10V.即隔離后新建立的“地”與外部設(shè)備、儀表“地”沒關(guān)系。正是由于這個原因，也實現(xiàn)了輸入到PLC主機的多個外接設(shè)備儀表信號之間隔離，即它們之間沒有“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(shè)備輸出信號也有類似現(xiàn)象問題，采用隔離器就能達到解決問題的目的。

    另一種經(jīng)常遇到的情況是要求一個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的設(shè)備，這樣就有可能在兩個設(shè)備之間產(chǎn)生互擾。這時就要求二個輸出之間也是隔離的。推薦使用隔離式信號分配器。它能實現(xiàn)輸入信號與外部設(shè)備隔離，同時實現(xiàn)接收信號設(shè)備之間隔離。   

綜上所述，解決“地”問題要遵循兩個原則。*：外部設(shè)備與*處理系統(tǒng)（例如PLC、DCS）之間要進行電氣隔離。第二：外部設(shè)備信號（無論是向*處理系統(tǒng)發(fā)送信號的外部設(shè)備到還是接收信號的外部設(shè)備）之間要實現(xiàn)相互電氣隔離。系統(tǒng)安裝遵循了這兩個原則就能*克服由于“地”之間的差異引入的干擾。

    大多數(shù)隔離器都要外加工作電源，一般為DC 24V或AC 220V。這個電源在為輸入、輸出部份供電時必須確保在電氣上與輸入/輸出兩個部分隔離。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(shù)量多少，均可用一臺電源供電，不會引入干擾。這樣的產(chǎn)品符合上述的二個原則。

二、依據(jù)接口選擇產(chǎn)品

    工業(yè)現(xiàn)場zui常見的信號是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(zhuǎn)換為儀表用4-20mA﹑0-10V信號

的設(shè)備稱為--變送器。圖3給出了以Pt100為傳感器的隔離溫度變送器應(yīng)用連線圖。它以電阻變化體現(xiàn)溫度變化，因而現(xiàn)場連接線線電阻會引入誤差。一般講來象WS9050﹑WS2050這

類變送器都具有長線補償功能，能消除引線電阻引入的誤差并有線性化功能，確保轉(zhuǎn)換。

    象WS2050這類二線制變送器，它的電源與輸出共“地”，沒有隔離。當(dāng)多個Pt100經(jīng)由多路WS2050輸送到PLC時，雖然輸出共用一個24V電源，只要輸出接到有共同參考點的模

擬量輸入板，這種連接就符合本文上述指出的二個原則，解決了不同“地”引入的擾動。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。