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技術(shù)文章

信號隔離器的作用

閱讀：2905發(fā)布時間：2012-12-10

　　信號隔離器的作用
　　
　　一、現(xiàn)場遇到的干擾
　　
　　1.地環(huán)流干擾
　　
　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中實現(xiàn)監(jiān)視和控制需要用到各種自動化儀表、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構(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)這種情況除了每個儀器、設(shè)備本身的性能原因如抗電磁干擾影響，還有一個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；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)備之間的參考點之間存在電勢差（也就是各設(shè)備的共地點不同）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。
　　
　　2.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。雷電干擾的時域波形是疊加在一串隨機脈沖背景上的一個大尖峰脈沖。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。
　　
　　3.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實現(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，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、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.
　　
　　二、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，電磁兼容問題都不會存在。因此要從這三要素入手。找出zui方便的解決方法，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常用的方法。如加屏蔽、加濾波等手段。而處理環(huán)流zui常見也zui為麻煩，現(xiàn)在以此為探討話題。
　　
　　*種方法：所有現(xiàn)場設(shè)備不接地，使所有過程環(huán)路只有一個接地點，不能形成回路，這種方法看似簡單，但實際應(yīng)用中往往很難實現(xiàn)，因為某些設(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)備可能因為長期遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點。
　　
　　第二種方法：使兩接地點的電勢相同，但由于接地的電阻受地質(zhì)條件及氣候變化眾多因素的影響，這種方法在其實在實際中也無法完做到。
　　
　　第三種方法：在各個過程環(huán)節(jié)中使用信號隔離器，斷開過程環(huán)路，同時又不影響過程信號的正常傳輸，從而*解決地環(huán)路的問題。
　　
　　三、采用信號隔離器的*性
　　
　　在各個過程環(huán)路中使用信號隔離器辦法可以用DCS或PLC等隔離卡件或者現(xiàn)場帶的隔離的變送器（部分設(shè)備可以做到），也可以用信號隔離器來實現(xiàn)。比較起來，用信號隔離器有以下優(yōu)點：
　　
　　1.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
　　
　　2.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*
　　
　　3.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
　　
　　4.信號隔離器通常有單通道、雙通道、通道間相互*獨立、構(gòu)成系統(tǒng)的配置、日常維護更加方便。
　　
　　四、信號隔離器的作用
　　
　　1.隔離作用：
　　
　　工業(yè)信號為什么要隔離？由于工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境條件是很復(fù)雜的，各種干擾（天體放電干擾、電暈電火花放電干擾、電氣設(shè)備頻率干擾、感應(yīng)干擾）通過不同的耦合方式（電容耦合、電磁耦合、共阻抗耦合、漏電流耦合）進入測量系統(tǒng)，使測量結(jié)果偏離準(zhǔn)確值，嚴(yán)重時會讓測量系統(tǒng)不能工作，因此要對工業(yè)信號進行干擾抑制，也就是采取隔離措施，隔離器就派上用場了。
　　
　　什么是隔離？隔離就是破壞干擾途徑、切斷干擾耦合通道，從而達(dá)到抑制干擾的一種技術(shù)措施。常用的隔離方法有：電磁隔離、調(diào)制隔離、光電隔離。
　　
　　2.變換作用：
　　
　　將一種形式的信號轉(zhuǎn)換成另一種形式的信號。
　　
　　a、將各種物理量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制信號：比如溫度信號轉(zhuǎn)換成4-20mA信號，交流800V電壓信號轉(zhuǎn)換成0-10號、直流1A電流信號轉(zhuǎn)換成0-5號等
　　
　　b、標(biāo)準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換：比如4-20mA轉(zhuǎn)1-5V
　　
　　3.放大作用、遠(yuǎn)傳作用
　　
　　將一些微弱的毫伏級信號放大成易處理的標(biāo)準(zhǔn)信號，將易受干擾的電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號，以利于信號遠(yuǎn)傳，像4-20mA信號可以傳1000米。
　　
　　4.保安作用：
　　
　　加設(shè)隔離變送器可以保護上位重要控制器件的安全，比如PLC、工控機、采集卡、儀表等，隔離器的隔離作用可以保護其他貴重器件的安全，以免損壞。
　　
　　五、工作原理：
　　
　　首先將變送器或儀表的信號，通過半導(dǎo)體器件調(diào)制變換，然后通過光感或磁感器件進行隔離轉(zhuǎn)換，然后再進行解調(diào)變換回隔離前原信號，同時對隔離后信號的供電電源進行隔離處理。保證變換后的信號、電源、地之間獨立。
　　
　　功能：
　　
　　1.保護下級的控制回路。
　　
　　2.消弱環(huán)境噪聲對測試電路的影響。
　　
　　3.抑制公共接地、變頻器、電磁閥及不明脈沖對設(shè)備的干擾；同時對下級設(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防護。
　　
　　4.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干擾。

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