維盛新儀隔離端子的抗干擾和應用選擇與基本要求

1、12/12維盛新儀隔離端子的抗干擾和應用選擇生產(chǎn)過程監(jiān)視和操縱中要用到多種自動化儀表、PLC及相應執(zhí)行機構(gòu),互相傳遞的既有微弱的毫伏小信號,又有數(shù)十伏大信號，甚至還有高達數(shù)千伏電壓、數(shù)百安培電流信號。從頻率上講，有直流低頻也有高頻脈沖。同時隨著通訊工具使用越來普遍，對講機、移動電話、傳呼機在調(diào)試現(xiàn)場隨處可見，它們的使用頻段大體在20MHz1000MHz，帶來的電磁場強度從3V/M到10V/M,嚴峻的能到30V/M。面對越來越惡劣的環(huán)境，以解決干擾接入的隔離端子必須達到二個差不多要求。第一是解決各種設備、儀表 “地”之間的差，即信號參考點的電位差。第二個是電磁兼容。一電氣隔離和電磁兼容隔離端子抗

2、干擾的差不多要求。1.電氣隔離的二個原則不同設備儀表的、帶有不同共模的信號輸入到DCS、PLC等操縱系統(tǒng)，假如不加處理而直接聯(lián)入，可能出現(xiàn)因信號具有“共模不同”的干擾。所謂“共模不同”要緊指信號間的參考點電位差。隔離端子的輸入/輸出電氣隔離特性使它抑制共模信號的能力專門強，它能夠?qū)в泄材５男盘柾ㄟ^隔離輸出成為不含共模的信號。因此只要在每路外部信號和操縱系統(tǒng)的采集板之間插入隔離端子就能解決那個問題。還有一種情況，要求一個信號既能向顯示儀表輸送信號，又能傳送給變頻器之類的設備。這時除了輸入和輸出隔離之外，要求二個輸出之間相互隔離以消除設備互擾?，F(xiàn)在能夠使用隔離式信號分配器，如圖一的WS15242

3、。 圖一 隔離式信號分配器應用綜上所述，解決參考點電位差類型的干擾要遵循兩個原則。第一：外部設備信號與中央處理系統(tǒng)（例如PLC、DCS）之間要進行電氣隔離。第二：外部信號（對系統(tǒng)的接口而言，不管是接收來的信號依舊向外發(fā)出的信號）之間要相互電氣隔離。系統(tǒng)安裝遵循了這兩個原則就能完全克服由于參考點電位差引入的干擾。大多數(shù)隔離端子都要外加工作電源，一般為DC 24V或AC 220V。那個電源在為輸入、輸出部份供電時必須確保在電氣上與輸入/輸出兩個部分隔離。這種輸入/輸出/外加工作電源之間相互隔離的產(chǎn)品稱為全隔離隔離端子。從理論上講，這種供電方式不管隔離端子數(shù)量多少，均可用一臺電源供電。如此的連接符合

4、上述的二個原則。2. 電磁兼容依照國際電工委員會（IEC）定義，電磁兼容（EMC:Electromagnetic Compatibility）是電子設備的一種功能。電子設備在電磁環(huán)境中能完成其功能，而不產(chǎn)生不能容忍的干擾。按EMC標準，要求隔離端子達到：在電磁干擾環(huán)境中能正常工作，無性能降低或故障，保證精度、穩(wěn)定性等參數(shù)變化在規(guī)定范圍內(nèi)。同時隔離端子做為電磁騷擾源而產(chǎn)生的電磁強度也要操縱在規(guī)定范圍內(nèi)，減弱它對環(huán)境的電磁污染。國際電工委員會（IEC）在1997年和1999年公布了關(guān)于工業(yè)環(huán)境中的抗擾度試驗、工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射標準作為電磁兼容通用標準。我們國家也公布了與它等同的文件：GB/T1779

5、9.2-2003和GB17799.4-2001。歐盟CE也有同樣標準，規(guī)范進入歐盟市場的產(chǎn)品。這些文件也是隔離端子應該達到的標準。形成電磁干擾后果必須具備三個差不多要素，即電磁騷擾源、耦合通道、敏感設備。電磁兼容EMC設計的任務確實是減弱騷擾源能量、切斷耦合通道、提高設備對電磁干擾的抵抗能力。隔離端子的EMC也要從設計做起。由于它屬于處理信號的儀表，功率小，對外發(fā)射能量也低。在設計上只要稍加注意減弱產(chǎn)品對環(huán)境的電磁污染，“工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射標準”比較容易達到。它的設計重點在提高對電磁騷擾的抵抗能力。圖二給出二種隔離端子在射頻調(diào)幅電磁場試驗中輸出信號的變化情況，用以講明電磁兼容的重要性。 （A）（

6、B） 圖二 隔離端子在電磁干擾下的輸出信號(縱坐標為電壓單位V)（A）EMC設計較為成功產(chǎn)品，變動范圍5mV,最大10mV. (B)設計存在缺陷出現(xiàn)300mV變化。二應用選擇1.依據(jù)接口選擇產(chǎn)品工業(yè)過程操縱中最常見的信號是4-20mA0-10V，壓力、溫度、流量等物理量要轉(zhuǎn)換成4-20mA0-10V信號送計算機處理。將這些物理量轉(zhuǎn)換為4-20mA0-10V信號的設備稱為變送器。圖三為隔離溫度變送器應用連線圖。圖中Pt100是以電阻變化體現(xiàn)溫度變化的溫度傳感器，因此連接線的引線電阻會引入誤差。WS9050WS2050這類變送器具有長線補償功能，能夠消除引線電阻的誤差并有線性化功能，確保轉(zhuǎn)換精度。

7、WS2050這類二線制變送器，它的電源與輸出共“地”，沒有隔離。當多個Pt100經(jīng)由多路WS2050輸送到PLC時，盡管輸出共用一個24V電源，只要輸出接到有共同參考點的模擬量輸入板，這種連接就符合本文上述指出的二個原則。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。 圖三 二種隔離溫度變送器針對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)場指定地點?，F(xiàn)在一般把隔離端子安置在中央操縱室機柜中，由機柜中的隔離端子為現(xiàn)場變送器配送電源。圖四給出了針對不同接口的兩種產(chǎn)品連線圖。使用哪一種要依照PLC接口情況決定。 圖四 PLC兩種接口與隔離配電連接示意圖

8、現(xiàn)場調(diào)試也會出現(xiàn)儀表和PLC接口不匹配，發(fā)送設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（圖五中24V電源和RL方式），若直接連接將造成電源沖突。解決方法是采納隔離端子將現(xiàn)場的4-20mA接收并隔離，在隔離端子內(nèi)部輸出部份安裝一個專用電路用以匹配和PLC的二線回路供電接口方式。見圖五。這種隔離端子也能夠處理0-10V，0-5AAC等輸入電壓電流信號。 圖五 解決電源沖突的WS2022圖三至圖五表明選擇隔離端子首先依據(jù)輸入端口是接傳感器依舊電壓電流信號、或者是接二線制變送器，其次輸出是電壓依舊電流，假如輸出是4-20mA電流還要確定是圖四的PLC二種接收方式的

9、哪一種。一般4-20mA電流信號隔離器需要外接工作電源。那個地點推舉一種不用另外再加電源的隔離器WS1562。如圖六 圖六 省去外接電源的電流隔離器WS1562的最大特點是無需外接電源,接線簡捷功耗低可靠性能高,多路連接符合上述二個原則。 圖七 輸入端電壓/輸出負載曲線圖八 線性度/輸出負載電阻曲線圖七是WS1562在輸出為20mA條件下，輸出負載和輸入端電壓關(guān)系曲線。VIN表示輸入端電壓RL表示輸出負載電阻VO表示輸出負載電阻上的電壓。圖八給出二種無源隔離器輸出負載對線性度曲線，其中實線描繪的性能較好，輸出負載電阻RL從0-500變化，線性度都在0.2%以內(nèi)。2.要緊參數(shù)選取選擇隔離端子除了

10、要確定功能注意適應前后端接口外，尚有精度功耗噪音絕緣強度總線通訊功能等許多參數(shù)需要使用者慎選。精度是特不重要的參數(shù)。與它有關(guān)系的參數(shù)專門多。時刻漂移和溫度漂移兩個參數(shù)表明了精度的穩(wěn)定程度，要求這二個參數(shù)值越小越好。另一個對精度產(chǎn)生阻礙的參數(shù)是噪音。由于隔離端子一般采納DC/DC產(chǎn)生隔離電源給產(chǎn)品內(nèi)部電路供電，而輸入信號也要先被調(diào)制成脈沖再通過隔離帶（光偶或變壓器）然后解調(diào)到輸出。以CPU為核心的隔離端子也存在脈沖信號。這些工作脈沖的頻率多在20KHZ500KHZ范圍，它的邊緣陡峭諧波豐富，對信號的污染專門難消除。假如噪音幅度高，數(shù)據(jù)采集器采集到信號的誤差就大。因此噪音的峰值和能量越小越好。功耗是指隔離端子工作時消耗的電能，它和產(chǎn)品的內(nèi)部熱量溫度有關(guān)。圖九給出二種具有不同功耗的隔離端子按二個排列方式：獨立放置、十只一排緊密排列條件下，內(nèi)部溫度和環(huán)境溫度（產(chǎn)品講明書上稱為：工作溫度）的關(guān)系曲線。 圖九 隔離端子功耗和內(nèi)部溫度曲線圖九中D曲線表明當產(chǎn)品本身消耗功率較大、處于緊密排列、環(huán)境溫度較高時，產(chǎn)品內(nèi)部溫度就高。長時刻的高溫環(huán)境將使產(chǎn)品