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常用到的模擬量信號隔離器應(yīng)用和選型

點擊次數(shù):969更新時間:2022-08-14

【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。

【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)定運行,解決了不同設(shè)備、儀表信號間的參考點的電位差,同時可以進行干擾過濾,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則可達到好的效果,但在實際應(yīng)用環(huán)境中,這一點幾乎是不可能。

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。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,也實現(xiàn)輸入到PLC主機的多個外接設(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,使用隔離器也能達到解決問題的目的。如圖1。


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?,F(xiàn)場控制單元運行安全,一般提供獨立的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、抗電磁能力、電氣隔離安全性能,而且能夠合理解決傳感器供電電源安全和相對獨立的問題。

三端隔離型接線圖

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。 

輸出端供電型接線圖 

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。這種特點在于不需要外接電源,它帶來了簡捷可靠的優(yōu)點,但也帶來了使用上的局限性,對于4~20mA信號進行的隔離傳送,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,實際應(yīng)用過程需要根據(jù)后級負載需求和輸入端電壓的大小做考慮無源型是否合適。

無源型接線圖 

四、應(yīng)用選型

對于現(xiàn)場需要對4~20mA信號進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行采集、放大、運算、并進行抗干擾處理后,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。

2.技術(shù)參數(shù)

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,合理解決了控制系統(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,才能達到工業(yè)控制所需要的精度和穩(wěn)定性。 

參考文獻:

[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]


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