工業現場隔離器的應用(yong)和選擇

生產過程監視和控制中要用到多種自動化儀表、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”，即信號參考點的電位差，是現場調試的重要問題。

一(yi)、隔離的二(er)個原則

    信號要完整(zheng)傳送，就要解決不(bu)同(tong)(tong)設(she)(she)備(bei)(bei)、儀(yi)(yi)(yi)表(biao)信號間(jian)的(de)參考(kao)(kao)(kao)點(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)差(cha)(cha)。理想化的(de)情況是所有設(she)(she)備(bei)(bei)、儀(yi)(yi)(yi)表(biao)的(de)信號有一個共同(tong)(tong)的(de)參考(kao)(kao)(kao)點(dian)(dian)，即共有一個“地”。進(jin)一步(bu)講(jiang)，所有設(she)(she)備(bei)(bei)、儀(yi)(yi)(yi)表(biao)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)參考(kao)(kao)(kao)點(dian)(dian)之(zhi)間(jian)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)差(cha)(cha)為“零”。在(zai)(zai)實際環境中，這(zhe)一點(dian)(dian)幾乎是不(bu)可(ke)能。這(zhe)里面除了各(ge)(ge)個設(she)(she)備(bei)(bei)、儀(yi)(yi)(yi)表(biao)“地”之(zhi)間(jian)的(de)連線電(dian)(dian)(dian)(dian)阻產生(sheng)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)降(jiang)之(zhi)外，尚有各(ge)(ge)種設(she)(she)備(bei)(bei)、儀(yi)(yi)(yi)表(biao)在(zai)(zai)不(bu)同(tong)(tong)環境受到的(de)干(gan)擾不(bu)同(tong)(tong)，以(yi)及(ji)導線接(jie)點(dian)(dian)經受風吹雨淋，導致接(jie)點(dian)(dian)質量下降(jiang)等諸多因素，致使(shi)各(ge)(ge)個“地”之(zhi)間(jian)有差(cha)(cha)別。

    “地”引起的問題在現場調試中屢有出現。例如某大型建材公司在生產線監控設備中，使用了國外某公司PLC和國內某廠家手操器。該PLC的每個數據采集板由八個通道組成，

八個通道共用一個12位A/D，經過變換后的數字信號輸送到由12個光耦構成的隔離器實現與主機隔離，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動機各點溫度，同上述相似，在測試一個

點(dian)(dian)時一切正常，但是向主機(ji)接入二個點(dian)(dian)或更多(duo)點(dian)(dian)時，顯示(shi)的(de)溫度明顯錯誤。這(zhe)兩種情(qing)況使用(yong)隔離器后(hou)，問題(ti)解決(jue)工(gong)作(zuo)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”沒關系。正是由于這個原因，也實現了輸入到PLC主機的多個外接設備儀表信號之間隔離，即它們之間沒有“地”的關系。

    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似現象問題，采用隔離器就能達到解決問題的目的。

    另一種經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備，這樣就有可能在兩個設備之間產生互擾。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。它能實現輸入信號與外部設備隔離，同時實現接收信號設備之間隔離。   

綜上所述，解決“地”問題要遵循兩個原則。*：外部設備與*處理系統（例如PLC、DCS）之間要進行電氣隔離。第二：外部設備信號（無論是向*處理系統發送信號的外部設備到還是接收信號的外部設備）之間要實現相互電氣隔離。系統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(ge)(ge)離的器件稱(cheng)為三隔(ge)(ge)離或全隔(ge)(ge)離器件。從理論(lun)上(shang)講，這(zhe)(zhe)種供電方式不管(guan)隔(ge)(ge)離器數量多少，均(jun)可用(yong)一臺(tai)電源供電，不會引入干擾。這(zhe)(zhe)樣(yang)的產品符(fu)合上(shang)述的二個原則。

二、依據接口(kou)選(xuan)擇產品

    工業現場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。將這些物理量轉換為儀表用4-20mA﹑0-10V信號

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

類變(bian)送(song)器都具(ju)有長線補償功能(neng)(neng)，能(neng)(neng)消除(chu)引線電阻引入的誤差并有線性化功能(neng)(neng)，確保轉換。

    象WS2050這類二線制變送器，它的電源與輸出共“地”，沒有隔離。當多個Pt100經由多路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。