工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)隔離器的應(yīng)用和選擇
生產(chǎn)過程監(jiān)視和控制中要用到多種自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)及相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),互相傳遞的既有微弱的毫伏級(jí)小信號(hào),又有數(shù)十伏大信號(hào)，甚至還有高達(dá)數(shù)千伏、數(shù)百安培信號(hào)。從頻率上講，有直流低頻，也有高頻脈沖。設(shè)備、儀表間的互相干擾就成為系統(tǒng)調(diào)試中必須要解決的問題。除了電磁屏蔽之外，解決各種設(shè)備、儀表的“地”，即信號(hào)參考點(diǎn)的電位差，是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的重要問題。
一、隔離的二個(gè)原則
信號(hào)要完整傳送，就要解決不同設(shè)備、儀表信號(hào)間的參考點(diǎn)電位差。理想化的情況是所有設(shè)備、儀表的信號(hào)有一個(gè)共同的參考點(diǎn)，即共有一個(gè)“地”。進(jìn)一步講，所有設(shè)備、儀表的電參考點(diǎn)之間電位差為“零”。在實(shí)際環(huán)境中，這一點(diǎn)幾乎是不可能。這里面除了各個(gè)設(shè)備、儀表“地”之間的連線電阻產(chǎn)生的電壓降之外，尚有各種設(shè)備、儀表在不同環(huán)境受到的干擾不同，以及導(dǎo)線接點(diǎn)經(jīng)受風(fēng)吹雨淋，導(dǎo)致接點(diǎn)質(zhì)量下降等諸多因素，致使各個(gè)“地”之間有差別?！暗亍币鸬膯栴}在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中屢有出現(xiàn)。例如某大型建材公司在生產(chǎn)線監(jiān)控設(shè)備中，使用了國(guó)外某公司PLC和國(guó)內(nèi)某廠家手操器。該P(yáng)LC的每個(gè)數(shù)據(jù)采集板由八個(gè)通道組成，八個(gè)通道共用一個(gè)12位A/D，經(jīng)過變換后的數(shù)字信號(hào)輸送到由12個(gè)光耦構(gòu)成的隔離器實(shí)現(xiàn)與主機(jī)隔離，但它的八個(gè)通道輸入之間并沒有隔離。在輸入信號(hào)時(shí)，每個(gè)通道單獨(dú)輸入到采集板均正常。若同時(shí)輸入兩個(gè)或多于兩個(gè)外部信號(hào)時(shí)，顯示數(shù)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(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)各點(diǎn)溫度，同上述相似，在測(cè)試一個(gè)點(diǎn)時(shí)一切正常，但是向主機(jī)接入二個(gè)點(diǎn)或更多點(diǎn)時(shí)，顯示的溫度明顯錯(cuò)誤。這兩種情況使用隔離器后，問題解決工作正常。
隔離器之所以能起到這個(gè)作用，就是由于它具有使輸入/輸出在電氣上完全隔離的特點(diǎn)。換句話講，輸入/輸出之間沒有共同“地”，外來信號(hào)不管是0-10V，還是帶著共模干擾電壓的0-10V經(jīng)隔離后均為0-10V.即隔離后新建立的“地”與外部設(shè)備、儀表“地”沒關(guān)系。正是由于這個(gè)原因，也實(shí)現(xiàn)了輸入到PLC主機(jī)的多個(gè)外接設(shè)備儀表信號(hào)之間隔離，即它們之間沒有“地”的關(guān)系。上面談了輸入信號(hào)和PLC的隔離，同樣PLC向外部設(shè)備輸出信號(hào)也有類似現(xiàn)象問題，采用隔離器就能達(dá)到解決問題的目的。
另一種經(jīng)常遇到的情況是要求一個(gè)信號(hào)既能向顯示儀表輸送信號(hào)，又能傳送給諸如變頻器之類的設(shè)備，這樣就有可能在兩個(gè)設(shè)備之間產(chǎn)生互擾。這時(shí)就要求二個(gè)輸出之間也是隔離的。推薦使用隔離式信號(hào)分配器。它能實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)與外部設(shè)備隔離，同時(shí)實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)設(shè)備之間隔離.綜上所述，解決“地”問題要遵循兩個(gè)原則。第一：外部設(shè)備與中央處理系統(tǒng)（例如PLC、DCS）之間要進(jìn)行電氣隔離。第二：外部設(shè)備信號(hào)（無論是向中央處理系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)的外部設(shè)備到還是接收信號(hào)的外部設(shè)備）之間要實(shí)現(xiàn)相互電氣隔離。系統(tǒng)安裝遵循了這兩個(gè)原則就能完全克服由于“地”之間的差異引入的干擾。
大多數(shù)隔離器都要外加工作電源，一般為DC 24V或AC 220V。這個(gè)電源在為輸入、輸出部份供電時(shí)必須確保在電氣上與輸入/輸出兩個(gè)部分隔離。這種輸入/輸出/外加工作電源之間全部相互隔離的器件稱為三隔離或全隔離器件。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(tái)電源供電，不會(huì)引入干擾。這樣的產(chǎn)品符合上述的二個(gè)原則。
二、依據(jù)接口選擇產(chǎn)品
工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最常見的信號(hào)是4-20mA﹑0-10V，對(duì)于諸如壓力、溫度、流量等物理量也要處理成4-20mA﹑0-10V信號(hào)以便計(jì)算機(jī)處理。將這些物理量轉(zhuǎn)換為儀表用4-20mA﹑0-10V信號(hào)的設(shè)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(yīng)用連線圖。它以電阻變化體現(xiàn)溫度變化，因而現(xiàn)場(chǎng)連接線線電阻會(huì)引入誤差。一般講來象WS9050﹑WS2050這類變送器都具有長(zhǎng)線補(bǔ)償功能，能消除引線電阻引入的誤差并有線性化功能，確保精確轉(zhuǎn)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(dāng)多個(gè)Pt100經(jīng)由多路WS2050輸送到PLC時(shí)，雖然輸出共用一個(gè)24V電源，只要輸出接到有共同參考點(diǎn)的模擬量輸入板，這種連接就符合本文上述指出的二個(gè)原則，解決了不同“地”引入的擾動(dòng)。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。