信號隔離器常識

作用原理　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中實(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)，它們之間的信號傳輸既有微弱到毫伏級、微安級的小信號，又有幾十伏，甚至數(shù)千伏、數(shù)百安培的大信號；既有低頻直流信號，也有高頻脈沖信號等等，構(gòu)成系統(tǒng)后往往發(fā)現(xiàn)在儀表和設(shè)備之間信號傳輸互相干擾，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)儀表、設(shè)備本身的性能原因如抗電磁干擾影響外，還有一個(gè)十分重要的因素就是由于儀表和設(shè)備之間的信號參考點(diǎn)之間存在電勢差，因而形成“接地環(huán)路”造成信號傳輸過程中失真。因此，要保證系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠的運(yùn)行，“接地環(huán)路”問題是在系統(tǒng)信號處理過程中必須解決的問題。

　　解決“接地環(huán)路”的方法

　　根據(jù)理論和實(shí)踐分析，有三種解決方案：

　　*種方案：所有現(xiàn)場設(shè)備不接地，使所有過程環(huán)路只有一個(gè)接地點(diǎn)，不能形成回路，這種方法看似簡單，但在實(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量精度或確保人生安全，某些設(shè)備可能因?yàn)殚L期遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點(diǎn)。

　　第二種方案：使兩接地點(diǎn)的電勢相同，但由于接地點(diǎn)的電阻受地質(zhì)條件及氣候變化等眾多因素的影響，這種方案其實(shí)在實(shí)際中無法完做到。 第三種方案：在各個(gè)過程環(huán)路中使用信號隔離方法，斷開過程環(huán)路，同時(shí)又不影響過程信號的正常傳輸，從而*解決接地環(huán)路問題。

隔離器抗干擾措施

　　對傳感器、儀器儀表正常工作危害zui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，甚至等。尖峰干擾可用硬件、軟件結(jié)合的辦法來抑制。　

　　干擾控制器　

　?。?）用硬件線路抑制尖峰干擾的影響　常用辦法主要有三種：　

　?、僭趦x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；　

　　②在儀器交流電源輸入端加超級隔離變壓器，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?！?

　　（2）利用軟件方法抑制尖峰干擾　對于周期性干擾，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。（3）采用硬、軟件結(jié)合的看門狗（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訪問一次定時(shí)器，讓定時(shí)器重新開始計(jì)時(shí)，正常程序運(yùn)行，該定時(shí)器不會產(chǎn)生溢出脈沖，watchdog也就不會起作用。一旦尖峰干擾出現(xiàn)了“飛程序”，則CPU就不會在定時(shí)到之前訪問定時(shí)器，因而定時(shí)信號就會出現(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。　

　?。?）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，以防止設(shè)備間的干擾?！?

　?。?）采用噪聲濾波器也可以有效地抑制交流伺服驅(qū)動(dòng)器對其它設(shè)備的干擾。該措施對以上幾種干擾現(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)

　　◇溫度漂移：≤0.005％F·S／℃

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

　　◇顯示分辨率：±末位1個(gè)字

　　◇工作溫度：工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)-10～＋55℃

　　◇輸入阻抗：電流：100Ω；電壓：500KΩ

　　◇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?jiān)谟嗀洉r(shí)說明。

　　◇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）環(huán)境對產(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：≥1500V

　　◇儲運(yùn)環(huán)境溫度：-40～＋80℃

　　◇相對濕度：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

信號隔離器的供電方式

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*隔離，多路系統(tǒng)供電電源不需隔離，可保證高抗干擾性能，輸入信號可以變換為其它類型的型號。

　　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)部供電的使用越來越廣泛?；芈饭╇娦透綦x器又往往不能滿足這些卡件對信號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*性能，又滿足輸出回路供電接口的要求。

　　：

說 明

　　輸入回路 缺省為單回路

　　D 雙回路（相互隔離）

　　輸入信號（ 雙輸入相同）1 4-20mA

　　2 1-5V

　　3 0-10mA

　　4 0-5V

　　5 0-10V

　　*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

信號隔離器的作用原理

1:系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的原因

　?。?）地環(huán)流干擾

　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中實(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)，他們之間的信號傳輸既有微弱到毫伏級、毫安級的小信號；又有幾十伏，數(shù)千伏、數(shù)百安培的大信號；既有低頻直流信號，也有高頻脈沖信號等等，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”問題是在系統(tǒng)處理信號過程中必須解決的問題。

　?。?）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。太陽噪音則隨著太陽活動(dòng)情況的劇烈變化。自然界噪聲主要會對通訊產(chǎn)生干擾，而雷電能量尖蜂脈沖可以對很多設(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會產(chǎn)生伴隨電磁輻射。無論主觀上出于什么目的，客觀上對電磁環(huán)境造成了污染。還有工廠企業(yè)在生產(chǎn)過程中會經(jīng)常有一些大型的設(shè)備（電機(jī)、 變頻器 ）頻繁開關(guān)，他們也會造成一些容性、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合，肯定會有電磁干擾存在。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,電磁污染情況會越來越嚴(yán)重

2：解決各種干擾的方法

　　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)，電磁兼容問題都不會存。因此要從這三要素入手。找出zui方便的解決辦法，一般干擾源和敏感源是沒辦法解決的，通常是從耦合路徑想辦法，也是zui常用的辦法。如加屏蔽、加濾波等手段。而處理地環(huán)流zui為常見也zui為麻煩，現(xiàn)在以此為探討話題。

　　（1）*種方法：所有現(xiàn)場設(shè)備不接地，使所有過程環(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量精度或人身安全，某些設(shè)備可能因?yàn)殚L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)際中也無法完做到。

　?。?）第三種方法：在各個(gè)過程環(huán)節(jié)中使用信號隔離器，斷開過程環(huán)路，同時(shí) 又不影 響過程信號的正常傳輸，從而*解決地環(huán)路的問題

3：采用信號隔離器的*性

　　在各個(gè)過程環(huán)路中使用信號隔離辦法可以用DCS或PLC等隔離卡件或者現(xiàn)場帶隔離的變送器（部分設(shè)備可以做到），也可以用信號隔離器來實(shí)現(xiàn)。比較起來，用信號隔離器有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　·絕大部分情況，采用信號隔離器+非隔離卡件比采用隔離卡件便宜

　　·信號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*

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

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