信號(hào)隔離器

　　用途

　　信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)遇到各種各樣的干擾，為保證信號(hào)穩(wěn)定，使用信號(hào)隔離器尤為重要。

　　工作原理

　　首先將PLC接受的信號(hào)，通過(guò)半導(dǎo)體器件調(diào)制變換，然后通過(guò)光感或磁感器件進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，然后再進(jìn)行解調(diào)變換回隔離前原信號(hào)或不同信號(hào)，同時(shí)對(duì)隔離后信號(hào)的供電電源進(jìn)行隔離處理，保證變換后的信號(hào)、電源、地之間絕對(duì)獨(dú)立。

　　抗擾措施

　　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最嚴(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，等等。尖峰干擾可用硬件、軟件和（或者）硬件軟件結(jié)合的辦法來(lái)抑制。

　　（1）用硬件線路抑制尖峰干擾的影響，常用辦法主要有三種：

　?、僭?span id="eiiomuc" class='hrefStyle'>儀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(mén)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(kāi)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(kāi)，以防止設(shè)備間的干擾。

　　（5）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。

　　技術(shù)特點(diǎn)

　　信號(hào)隔離器采用了先進(jìn)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多先進(jìn)技術(shù)，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)領(lǐng)先國(guó)際先進(jìn)水平。

　　信號(hào)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。

　　技術(shù)參數(shù)

　　◇系統(tǒng)傳輸準(zhǔn)確度：±0.2%×F·S

　　◇溫度漂移：≤0.0035%F·S/℃（35PPM/℃）

　　◇液晶數(shù)字顯示位：雙行四位顯示，浮點(diǎn)小數(shù)。

　　◇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：直流DC≥2000V.DC，交流AC≥1500V.DC

　　◇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：DC　12-32V（反接保護(hù)）

　　◇輸入功率：0.9-1.8W

　　◇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

　　◇凈 重：140g±20g

　　所有功能

　　一、保護(hù)下級(jí)的控制回路。

　　二、消弱環(huán)境噪聲對(duì)測(cè)試電路的影響。

　　三、抑制公共接地、變頻器、電磁閥及不明脈沖對(duì)設(shè)備的干擾；同時(shí)對(duì)下級(jí)設(shè)備具有限壓、額流的功能是變送器、儀表、變頻器、電磁閥PLC/DCS輸入輸出及通訊接口的忠實(shí)防護(hù)。DIN系列導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，易于安裝，可有效的隔離輸入、輸出和電源及大地之間的電位。能夠克服變頻器噪聲及各種高低頻脈動(dòng)干擾。

　　供電方式

　　1、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、輸出之間完全隔離，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)。

　　2、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。回路供電型隔離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)立供電型隔離器的優(yōu)越性能，又滿足輸出回路供電接口的要求。使用說(shuō)明

　　輸入回路 缺省為單回路

　　D 雙回路（相互隔離）

　　輸入信號(hào)( 雙輸入相同)1 4-20mA

　　2 1-5V

　　3 0-10mA

　　4 0-5V

　　5 0-10V

　　第一路輸出 1 4-20mA

　　2 1-5V

　　3 0-10mA

　　4 0-5V

　　5 0-10V

　　第二路輸出0 缺省為無(wú)第二輸出

　　1 4-20mA

　　2 1-5V

　　3 0-10mA

　　4 0-5V

　　5 0-10V

　　供電方式 缺省為交流220V

　　D 直流24V

　　作用原理

　　干擾原因

　?。?）地環(huán)流干擾

　　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)，他們之間的信號(hào)傳輸既有微弱到毫伏級(jí)、毫安級(jí)的小信號(hào)；又有幾十伏，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)備之間傳輸相互干擾，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)儀器、設(shè)備本身的性能原因如抗電磁干擾影響，還有一個(gè)十分重要的原因就是各種儀器設(shè)備根據(jù)要求和目的都需要接地,例如為了安全，機(jī)殼需要接大地；為了使電路正常工作，系統(tǒng)需要有公共參考點(diǎn)；為了抑制干擾加屏蔽罩，屏蔽罩也需要接地，但是由于儀表和設(shè)備之間的參考點(diǎn)之間存在電勢(shì)差（也就是各設(shè)備的共地點(diǎn)不同）因而形成“地環(huán)流”、“接地環(huán)流”問(wèn)題是在系統(tǒng)處理信號(hào)過(guò)程中必須解決的問(wèn)題。

　?。?）自然干擾

　　雷電是一種主要的自然干擾源，雷電產(chǎn)生的干擾可以傳輸?shù)綌?shù)千公里以外的地方。雷電干擾的時(shí)域波形是疊加在一串隨機(jī)脈沖背景上的一個(gè)大尖峰脈沖。宇宙噪音是電離輻射產(chǎn)生的，在一天中不斷變化。太陽(yáng)噪音則隨著太陽(yáng)活動(dòng)情況的劇烈變化。自然界噪聲主要會(huì)對(duì)通訊產(chǎn)生干擾，而雷電能量尖蜂脈沖可以對(duì)很多設(shè)備造成損壞，應(yīng)該加以避免或降低損壞程度，減少損失。

　?。?）人為干擾

　　電磁干擾產(chǎn)生的根本原因是導(dǎo)體中有電壓或電流的變化，即較大dv/dt或di/dt.dv/dt或di/dt能夠使導(dǎo)體產(chǎn)生電磁波輻射。一方面，人們可以利用這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)特定功能，例如，無(wú)限通信、雷達(dá)或其他功能；另一方面，電子設(shè)備在工作時(shí)，由于導(dǎo)體中的dv/dt或di/dt會(huì)產(chǎn)生伴隨電磁輻射，無(wú)論主觀上出于什么目的，客觀上對(duì)電磁環(huán)境造成了污染。還有工廠企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)經(jīng)常有一些大型的設(shè)備（電機(jī)、 變頻器 ）頻繁開(kāi)關(guān)，他們也會(huì)造成一些容性、感性的干擾，也將影響儀器儀表正常顯示或采集。凡是有電壓電流突變的場(chǎng)合，肯定會(huì)有電磁干擾存在。數(shù)字脈沖電路就是一種典型的干擾源，隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用,電磁污染情況會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重

　　解決干擾

　　首先干擾的三要素是干擾源、敏感源和耦合路徑，這三要素缺少一個(gè)，電磁兼容問(wèn)題都不會(huì)存在。因此要從這三要素入手。找出最方便的解決辦法，一般干擾源和敏感源是沒(méi)辦法解決的，通常是從耦合路徑想辦法，也是最常用的辦法。如加屏蔽、加濾波等手段。而處理地環(huán)流最為常見(jiàn)也最為麻煩，下面以此為探討話題。

　?。?）第一種方法：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)量精度或人身安全，某些設(shè)備可能因?yàn)殚L(zhǎng)期遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點(diǎn)。

　?。?）第二種方法：使兩接地點(diǎn)的電勢(shì)相同（如圖1所示，使V1=V2），但由于接地的電阻受地質(zhì)條件及氣候變化等眾多因素的影響，這種方法其實(shí)在實(shí)際中也無(wú)法完全能做到。

　　（3）第三種方法：在各個(gè)過(guò)程環(huán)節(jié)中使用信號(hào)隔離器，斷開(kāi)過(guò)程環(huán)路，同時(shí) 又不影 響過(guò)程信號(hào)的正常傳輸，從而徹底解決地環(huán)路的問(wèn)題

　　優(yōu)越性

　　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優(yōu)越

　　·信號(hào)隔離器應(yīng)用靈活，而且它還有信號(hào)轉(zhuǎn)換和信號(hào)分配及接口轉(zhuǎn)換等功能，使用起來(lái)更加方便

　　·信號(hào)隔離器通常有單通道、雙通道、通道間相互完全獨(dú)立，構(gòu)成系統(tǒng)的配置、日常維護(hù)更加方便

　　如何選擇

　　隔離器價(jià)格參差不齊，該怎么選擇呢？

　　隔離器位于二個(gè)系統(tǒng)通道之間，所以選擇隔離器首先要確定輸入輸出功能，同時(shí)要使隔離器輸入輸出模式（電壓型、電流型、環(huán)路供電型等）適應(yīng)前后端通道接口模式，此外尚有精度、功耗、噪音、絕緣強(qiáng)度、總線通訊等許多重要參數(shù)涉及產(chǎn)品性能，例如：噪音與精度有關(guān)、功耗能量與可靠性有關(guān)，這些需要使用者慎選?？傊?，適用、可靠、產(chǎn)品性價(jià)比是選擇隔離器的主要原則。

　　標(biāo)準(zhǔn)系列導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，易于安裝，可有效的隔離；輸入、輸出和電磁閥及大地之間的電位，能克服變頻器噪聲級(jí)各種高低頻脈動(dòng)干擾。