隔離器作用原理

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制需要用到各種自動(dòng)化儀表、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它們之間的信號(hào)傳輸既有微弱到毫伏級(jí)、微安級(jí)的小信號(hào)，又有幾十伏，甚至數(shù)千伏、數(shù)百安培的大信號(hào)；既有低頻直流信號(hào)，也有高頻脈沖信號(hào)等等，構(gòu)成系統(tǒng)后往往發(fā)現(xiàn)在儀表和設(shè)備之間信號(hào)傳輸互相干擾，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至誤操作。出現(xiàn)這種情況除了每個(gè)儀表、設(shè)備本身的性能原因如抗電磁干擾影響外，還有一個(gè)十分重要的因素就是由于儀表和設(shè)備之間的信號(hào)參考點(diǎn)之間存在電勢(shì)差，因而形成“接地環(huán)路”造成信號(hào)傳輸過(guò)程中失真。因此，要保證系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠的運(yùn)行，“接地環(huán)路”問(wèn)題是在系統(tǒng)信號(hào)處理過(guò)程中必須解決的問(wèn)題。

解決“接地環(huán)路”的方法

根據(jù)理論和實(shí)踐分析，有三種解決方案：

*種方案：所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不接地，使所有過(guò)程環(huán)路只有一個(gè)接地點(diǎn)，不能形成回路，這種方法看似簡(jiǎn)單，但在實(shí)際應(yīng)用中往往很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槟承┰O(shè)備要求必須接地才能保證測(cè)量精度或確保人生安全，某些設(shè)備可能因?yàn)?遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點(diǎn)。

第二種方案：使兩接地點(diǎn)的電勢(shì)相同，但由于接地點(diǎn)的電阻受地質(zhì)條件及氣候變化等眾多因素的影響，這種方案其實(shí)在實(shí)際中無(wú)法完*做到。

第三種方案：在各個(gè)過(guò)程環(huán)路中使用信號(hào)隔離方法，斷開過(guò)程環(huán)路，同時(shí)又不影響過(guò)程信號(hào)的正常傳輸，從而*解決接地環(huán)路問(wèn)題。

1、供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)　對(duì)傳感器、儀器儀表正常工作危害zui嚴(yán)重的是電網(wǎng)尖峰脈沖干擾，產(chǎn)生尖峰干擾的用電設(shè)備有：電焊機(jī)、大電機(jī)、可控機(jī)、繼電接觸器、帶鎮(zhèn)流器的充氣照明燈等。尖峰干擾可用硬件、軟件結(jié)合的辦法來(lái)抑制?！?b>干擾控制器?。?）用硬件線路抑制尖峰干擾的影響　常用辦法主要有三種：?、僭趦x器交流電源輸入端串入按頻譜均衡的原理設(shè)計(jì)的干擾控制器，將尖峰電壓集中的能量分配到不同的頻段上，從而減弱其破壞性；?、谠趦x器交流電源輸入端加超級(jí)隔離變壓器，利用鐵磁共振原理抑制尖峰脈沖；?、墼趦x器交流電源的輸入端并聯(lián)壓敏電阻，利用尖峰脈沖到來(lái)時(shí)電阻值減小以降低儀器從電源分得的電壓，從而削弱干擾的影響?！。?）利用軟件方法抑制尖峰干擾　對(duì)于周期性干擾，可以采用編程進(jìn)行時(shí)間濾波，也就是用程序控制可控硅導(dǎo)通瞬間不采樣，從而有效地消除干擾?！。?）采用硬、軟件結(jié)合的看門狗（watchdog）技術(shù)抑制尖峰脈沖的影響　軟件：在定時(shí)器定時(shí)到之前，CPU訪問(wèn)一次定時(shí)器，讓定時(shí)器重新開始計(jì)時(shí)，正常程序運(yùn)行，該定時(shí)器不會(huì)產(chǎn)生溢出脈沖，watchdog也就不會(huì)起作用。一旦尖峰干擾出現(xiàn)了“飛程序”，則CPU就不會(huì)在定時(shí)到之前訪問(wèn)定時(shí)器，因而定時(shí)信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)，從而引起系統(tǒng)復(fù)位中斷，保證智能儀器回到正常程序上來(lái)?！。?）實(shí)行電源分組供電，例如：將執(zhí)行電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源與控制電源分開，以防止設(shè)備間的干擾?！。?）采用噪聲濾波器也可以有效地抑制交流伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)其它設(shè)備的干擾。該措施對(duì)以上幾種干擾現(xiàn)象都可以有效地抑制。

產(chǎn)品的功耗是各個(gè)功能單元功耗的總和，只有降低各個(gè)功能單元的功耗才能使得總得功耗降低，增加產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性和壽命。隔離器主要在輸入、輸出、電源、隔離四個(gè)單元進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。

1、 輸出單元模塊的自適應(yīng)負(fù)載技術(shù)

輸出模塊可以根據(jù)負(fù)載的大小動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出模塊的輸出功率，從而減少自身的發(fā)熱。傳統(tǒng)的負(fù)載設(shè)計(jì)是根據(jù)額定負(fù)載的大小設(shè)計(jì)輸出功率，當(dāng)輸出負(fù)載非常小時(shí)，多余的負(fù)載功率就耗散在儀表內(nèi)部，從而時(shí)儀表自身發(fā)熱。假設(shè)一臺(tái)隔離器的輸出負(fù)載設(shè)計(jì)為750歐姆，那么輸出驅(qū)動(dòng)功率一般設(shè)計(jì)為0.5W。如果在實(shí)際應(yīng)用中此隔離器的負(fù)載使用在50歐姆的環(huán)境下，那么就有 0.5W – 0.02W = 0.48W的功率轉(zhuǎn)換為儀表自身的發(fā)熱。如果時(shí)多路輸出將產(chǎn)生更多的熱量，而降低輸出模塊的額定功率在實(shí)際應(yīng)用中又難以應(yīng)付市場(chǎng)的復(fù)雜狀況。

2、隔離單元模塊的低功耗改進(jìn)

隔離單元是決定產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的重要單元。

目前隔離技術(shù)主要有磁隔離與光隔離兩大類。隔離電路形式有直接調(diào)制耦合，反饋調(diào)制耦合等多種形式，具體采用什么形式要根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)而定?？偟膩?lái)講可以大致分為開關(guān)量信號(hào)采用光隔離，模擬量信號(hào)采用磁隔離的方式。從技術(shù)復(fù)雜程度來(lái)看，磁隔離比光隔離處理技術(shù)復(fù)雜，采用磁隔離技術(shù)，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)技術(shù)指標(biāo)采用合適的設(shè)計(jì)方案，隔離的線性、精度可以根據(jù)產(chǎn)品的要求靈活控制。而光隔離的線性、精度只能依賴器件廠家提供的技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)人員可以調(diào)整的方式很少，也不可能超過(guò)廠家提供的技術(shù)指標(biāo)。由于功耗大，光電隔離也不能實(shí)現(xiàn)無(wú)源隔離。磁隔離模式有電流互感模式、電流互感反饋模式、電壓互感模式、電壓互感反饋模式、電流互感功率補(bǔ)償模式等，電流互感功率補(bǔ)償模式是相對(duì)來(lái)說(shuō)功耗zui低的模式。

3、電源模塊

電源的技術(shù)指標(biāo)是基礎(chǔ)，決定產(chǎn)品的性能。目前流行的電源拓?fù)湫问诫m然非常多，也很成熟。

隔離器常見的供電方式有獨(dú)立供電、回路供電和輸出回路供電。

獨(dú)立供電的隔離器：

需要配備獨(dú)立20~35VDC的直流電源。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是隔離傳輸精度高；電源、輸入、輸出之間*隔離，多路系統(tǒng)供電電源不需隔離，可保證高抗干擾性能，輸入信號(hào)可以變換為其它類型的型號(hào)。

回路供電的隔離器：

在實(shí)際工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中，DCS、PLC或其他顯示儀表具有卡件內(nèi)部供電的使用越來(lái)越廣泛?；芈饭╇娦透綦x器又往往不能滿足這些卡件對(duì)信號(hào)隔離傳輸精度要求高和二線制變送器配電電壓要求高的條件。因此，輸出回路供電型的隔離器既保留了獨(dú)立供電型隔離器的*性能，又滿足輸出回路供電接口的要求。

在各個(gè)過(guò)程環(huán)路中使用信號(hào)隔離辦法可以用DCS或PLC等隔離卡件或者現(xiàn)場(chǎng)帶隔離的變送器（部分設(shè)備可以做到），也可以使用信號(hào)隔離器來(lái)實(shí)現(xiàn)。比較起來(lái)，用信號(hào)隔離器有以下優(yōu)點(diǎn)：

● 絕大部分情況，采用信號(hào)隔離器+非隔離卡件比采用隔離卡件便宜。

● 信號(hào)隔離器比隔離卡件在隔離能力、抗電磁干擾等方面性能更加*。

● 信號(hào)隔離器應(yīng)用靈活，而且它還有型號(hào)轉(zhuǎn)換和 信號(hào)分配功能，使用起來(lái)更加方便。

● 信號(hào)隔離器通常有單通道、雙通道、一入二出等通道形式，通道間相互*獨(dú)立，構(gòu)成系統(tǒng)的配置、日常維護(hù)更加方便。

智能隔離器的說(shuō)明：

SKGL型智能隔離器是將輸入單路或雙路的電流或電壓信號(hào)，變送輸出隔離的單路或雙路線性的電流或電壓信號(hào)，并提高輸入、輸出、電源之間的電氣隔離性能。

本產(chǎn)品采用了*的數(shù)字化技術(shù)，在對(duì)高、低頻干擾信號(hào)的抑制方面均有著優(yōu)異表現(xiàn)，即使在大功率變頻控制系統(tǒng)中依然能夠可靠應(yīng)用，內(nèi)部采用數(shù)字化調(diào)校、無(wú)零點(diǎn)及滿度電位器、自動(dòng)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)零點(diǎn)、溫度漂移自動(dòng)補(bǔ)償?shù)戎T多*技術(shù)，并符合IEC61000-4-4：1995中所規(guī)定的第四類（惡劣工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)）環(huán)境對(duì)產(chǎn)品的抗電磁干擾要求，這一系列技術(shù)的應(yīng)用使產(chǎn)品的穩(wěn)定性及可靠性得到科學(xué)的保證。

以上各項(xiàng)技術(shù)*水平。

適用性:

智能隔離器可以與單元組合儀表及DCS、PLC等系統(tǒng)配套使用，在油田、石化、制造、電力、冶金等行業(yè)的重大工程中有著廣泛應(yīng)用。

系統(tǒng)傳輸準(zhǔn)確度：±0.2%×F·S

溫度漂移：≤0.005%F·S/℃

工作溫度：工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn) -10～+55℃

輸入阻抗：電流：100Ω；電壓：500KV

電流輸出允許外接的負(fù)載阻抗：

4-20mA輸出時(shí)0～500Ω；0-10mA輸出時(shí)0～1KΩ,需要更大的負(fù)載能力請(qǐng)?jiān)谟嗀洉r(shí)說(shuō)明。

電磁兼容：符合IEC61000-4-4：1995中所規(guī)定的第四類（惡劣工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)）環(huán)境對(duì)產(chǎn)品的抗電磁干擾要求。

輸入/輸出/電源/通訊/雙路間絕緣強(qiáng)度：≥1500AAC

儲(chǔ)運(yùn)環(huán)境溫度：-40～+80℃

相對(duì)濕度：10-90%RH（40℃時(shí)）

供電電源：交流： AC 95～265V

直流：DC12V～32V（反接保護(hù)）

輸入功率：0.9～1.8W（與型號(hào)有關(guān)，詳見本手冊(cè)附錄中關(guān)于輸入功率的計(jì)算方法）

通訊接口：RS232 或 RS485，MODBUS軟件協(xié)議（選配）。

外形尺寸：寬×高×深：22.5×100×115mm