隔離端子的抗干擾和應(yīng)用選擇

一 電氣隔離和電磁兼容--隔離端子抗干擾的基本要求

1. 電氣隔離的兩個(gè)原則

不同設(shè)備儀表的、帶有不同共模的信號(hào)輸入到DCS、PLC等控制系統(tǒng)，如果不加處理而直接聯(lián)入，可能出現(xiàn)因信號(hào)具有共模不同的干擾。所謂共模不同主要指信號(hào)間的參考點(diǎn)電位差。隔離端子的輸入/輸出電氣隔離特性使它抑制共模信號(hào)的能力很強(qiáng)，它可將帶有共模的信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離輸出成為不含共模的信號(hào)。所以只要在每路外部信號(hào)和控制系統(tǒng)的采集板之間插入隔離端子就能解決這個(gè)問(wèn)題。

還有一種情況，要求一個(gè)信號(hào)既能向顯示儀表輸送信號(hào)，又能傳送給變頻器之類(lèi)的設(shè)備。這時(shí)除了輸入和輸出隔離之外，要求2個(gè)輸出之間相互隔離以消除設(shè)備互擾。此時(shí)可使用隔離式信號(hào)分配器，如圖1的WS15242。

溫度變送器國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)在1997年和1999年發(fā)布了關(guān)于工業(yè)環(huán)境中的抗擾度試驗(yàn)、工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)作為電磁兼容通用標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)也發(fā)布了與它等同的文件：GB/T17799.2-2003和GB17799.4-2001。歐盟CE也有同樣標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范進(jìn)入歐盟市場(chǎng)的產(chǎn)品。這些文件也是隔離端子應(yīng)該達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。

形成電磁干擾后果必須具備3個(gè)基本要素，即電磁騷擾源、耦合通道、敏感設(shè)備。EMC設(shè)計(jì)的任務(wù)就是減弱騷擾源能量、切斷耦合通道、提高設(shè)備對(duì)電磁干擾的抵抗能力。隔離端子的EMC也要從設(shè)計(jì)做起。由于它屬于處理信號(hào)的儀表，功率小，對(duì)外發(fā)射能量也低。在設(shè)計(jì)上只要稍加注意減弱產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的電磁污染，工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)要求比較容易達(dá)到。它的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在提高對(duì)電磁騷擾的抵抗能力。圖2給出兩種隔離端子在射頻調(diào)幅電磁場(chǎng)試驗(yàn)中輸出信號(hào)的變化情況，用以說(shuō)明電磁兼容的重要性。

二%20應(yīng)用選擇

1.%20依據(jù)接口選擇產(chǎn)品

工業(yè)過(guò)程控制中最常見(jiàn)的信號(hào)是4～20mA、0～10V，壓力、溫度、流量等物理量要轉(zhuǎn)換成4～20mA、0～10V信號(hào)送計(jì)算機(jī)處理。將這些物理量轉(zhuǎn)換為4～20mA、0～10V信號(hào)的設(shè)備稱為變送器。圖3為隔離溫度變送器應(yīng)用連線圖。圖中Pt100是以電阻變化體現(xiàn)溫度變化的溫度傳感器，所以連接線的引線電阻會(huì)引入誤差。WS9050、WS2050這類(lèi)變送器具有長(zhǎng)線補(bǔ)償功能，可消除引線電阻的誤差并有線性化功能，確保轉(zhuǎn)換精確度。

WS2050這類(lèi)二線制變送器，它的電源與輸出共地，沒(méi)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兩個(gè)原則。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。

針對(duì)變送器的隔離還有另一種方式，傳感器和變送器為一體而又必須放置在現(xiàn)場(chǎng)指定地點(diǎn)。此時(shí)一般把隔離端子安置在中央控制室機(jī)柜中，由機(jī)柜中的隔離端子為現(xiàn)場(chǎng)變送器配送電源。圖4給出了針對(duì)不同接口的兩種產(chǎn)品連線圖。使用哪一種要根據(jù)PLC接口情況決定。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試也會(huì)出現(xiàn)儀表和PLC接口不匹配，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(圖5中24V電源和RL方式)，若直接連接將造成電源沖突。解決方法是采用隔離端子將現(xiàn)場(chǎng)的4～20mA接收并隔離，在隔離端子內(nèi)部輸出部分安裝一個(gè)專(zhuān)用電路用以匹配和PLC的二線回路供電接口方式。見(jiàn)圖5。這種隔離端子也可以處理0～10V，0～5A AC等輸入電壓電流信號(hào)。

圖3至圖5表明選擇隔離端子首先依據(jù)輸入端口是接傳感器還是電壓電流信號(hào)、或者是接二線制變送器，其次輸出是電壓還是電流，如果輸出是4～20mA電流還要確定是圖4的PLC兩種接收方式的哪一種。

一般4～20mA電流信號(hào)隔離器需要外接工作電源。這里推薦一種不用另外再加電源的隔離器WS1562。如圖6。WS1562的最大特點(diǎn)是無(wú)需外接電源，接線簡(jiǎn)捷、功耗低、可靠性能高，多路連接符合上述兩個(gè)原則。