模擬量信號隔離器應(yīng)用和選型

【摘要】從信號隔離器的應(yīng)用場景出發(fā)，結(jié)合客戶一些實(shí)際應(yīng)用分析，介紹了工業(yè)現(xiàn)場信號隔離器的選用技術(shù) ，著重分析了不同類型的信號隔離器的應(yīng)用特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】隔離器；PLC；信號；接地

引言

在工業(yè)系統(tǒng)中，信號隔離器多在外設(shè)與接口設(shè)備之間，保證信號的輸入和輸出隔離以及后級設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，解決了不同設(shè)備、儀表信號間的參考點(diǎn)的電位差，同時可以進(jìn)行干擾過濾，信號便可以完整的傳輸。若所有儀表、設(shè)備的信號只有一個共同的參考點(diǎn)則可達(dá)到好的效果，但在實(shí)際應(yīng)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)。輸入和輸出之間沒有共同“地”，如輸入信號是0~5V或帶著+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(shè)備、儀表“地”沒關(guān)系：正是由于這個原因，也實(shí)現(xiàn)輸入到PLC主機(jī)的多個外接設(shè)備儀表信號之間隔離，也即它們之間沒有“地”的關(guān)系。在PLC向外部信號設(shè)備傳出信號也有類似現(xiàn)象問題，使用隔離器也能達(dá)到解決問題的目的。如圖1。

一、三端隔離型

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

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、三線制、二線制。在自動化控制系統(tǒng)中，一般需要現(xiàn)場的壓力、水位、流量等信號進(jìn)行測量監(jiān)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線制、3線制、4線制等類型，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(tǒng)設(shè)備提供的DC24V電源。自動化控制系統(tǒng)中需監(jiān)測的傳感器數(shù)量多，關(guān)注其重要性以及確保現(xiàn)場控制單元運(yùn)行安全，一般提供獨(dú)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、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(dú)立的問題。

二、輸出端供電型

在儀表配套的現(xiàn)場，由于各種原因可能會產(chǎn)生如下情況：24 V兩線制接口可能接在電源接收設(shè)備的信號接入端，現(xiàn)場調(diào)試也會出現(xiàn)儀表接口不匹配。例如現(xiàn)場發(fā)送設(shè)備為四線制變送器輸出4~20mA，而接收端4~20mA的接口為二線回路供電方式，不方便外接電源，此時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接入到輸出環(huán)路，它由接收設(shè)備供電，同時隔離現(xiàn)場4線制變送器的信號并輸出。

三、無源型

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，使接線更簡捷，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，它帶來了簡捷可靠的優(yōu)點(diǎn)，但也帶來了使用上的限性，對于4~20mA信號進(jìn)行的隔離傳送，從另一個意義上講是功率傳送內(nèi)部的功率損耗不可少，帶載能力會受到輸入端電壓的影響，因此，實(shí)際應(yīng)用過程需要根據(jù)后級負(fù)載需求和輸入端電壓的大小做考慮無源型是否合適。

四、應(yīng)用選型

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

輸出端供電型應(yīng)用場景中后級產(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(yīng)用上的劣勢就是需要獨(dú)立電源供電，但其精度、帶載能力、紋波都是優(yōu)于無源型和輸出端供電型。

五、BM100信號隔離器

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(fù)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(yùn)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。

六、結(jié)束語

在PLC/DCS控制系統(tǒng)中加入信號隔離器的連接方式，有效解決了控制系統(tǒng)中的干擾問題，但工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)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(jù)控制需要來選擇適合的隔離器，才能達(dá)到工業(yè)控制所需要的精度和穩(wěn)定性。 

參考文獻(xiàn)：

[1]企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.6.

[2]陳 潔．隔離器在工業(yè)現(xiàn)場件的應(yīng)用[J]．石油化工自動化，2005

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

作者介紹：

安躍強(qiáng)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)闉橹悄茈娋W(wǎng)供配電。