隔離器是一種采用線�光�隔離原理,將輸入信號進行�(zhuǎn)換輸�。輸�,輸出和工�電源三者相互隔�,特別適合與需要電隔離的設備儀表配�。隔離器又名信號隔離�,是工�(yè)控制系統(tǒng)中重要組成部��
?�?)“接地環(huán)路”產(chǎn)生的原因
在工�(yè)生產(chǎn)過程中實�(xiàn)�(jiān)視和控制需要用到各種自動化儀表、控制系�(tǒng)和執(zhí)行機 �(shù)字隔離器�(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�,構(gòu)成系�(tǒng)后往往�(fā)�(xiàn)在儀表和設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�(xiàn)這種情況除了每個儀�、設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因素就是由于儀表和設備之間的信號參考點之間存在電勢�,因而形成“接地環(huán)路”造成信號傳輸過程中失�。因�,要保證系統(tǒng)�(wěn)定和可靠的運�,“接地環(huán)路”問題是在系�(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)理論和實踐分�,有三種解決方案�
種方案:所有現(xiàn)場設備不接地,使所有過程環(huán)路只有一個接地點,不能形成回�,這種方法看似簡單,但在實際應用中往往很難實現(xiàn),因為某些設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�
第二種方案:使兩接地點的電勢相同,但由于接地點的電阻受地�(zhì)條件及氣候變化等眾多因素的影�,這種方案其實在實際中無法完全能做��
第三種方案:在各個過程環(huán)路中使用信號隔離方法,斷開過程環(huán)�,同時又不影響過程信號的正常傳輸,從而徹底解決接地環(huán)路問��
?�?)信號隔離器的供電方�
隔離器常見的供電方式有獨立供電、回路供電和輸出回路供電�
獨立供電的隔離器�
需要配備獨�20~35VDC的直流電�。這種方式的優(yōu)點是隔離傳輸精度高;電源、輸�、輸出之間完全隔�,多路系�(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��
回路供電的隔離器�
在實際工�(yè)�(jiān)控系�(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�?;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�,輸出回路供電型的隔離器既保留了獨立供電型隔離器的優(yōu)越性能,又滿足輸出回路供電接口的要��
?�?)隔離器中的低功耗設�
�(chǎn)品的功耗是各個功能單元功耗的總和,只有降低各個功能單元的功耗才能使得總得功耗降低,增加�(chǎn)品的熱穩(wěn)定性和壽命?!「綦x器主要在輸入、輸�、電�、隔離四個單元進行技術改進�
?�?輸出單元模塊的自適應負載技�
輸出模塊可以根據(jù)負載的大小動�(tài)�(diào)整輸出模塊的輸出功率,從而減少自身的�(fā)�。傳�(tǒng)的負載設計是根據(jù)額定負載的大小設計輸出功�,當輸出負載非常小時,多余的負載功率就耗散在儀表內(nèi)�,從而時儀表自身發(fā)�。假設一臺隔離器的輸出負載設計為750歐姆,那么輸出驅(qū)動功率一般設計為0.5W。如果在實際應用中此隔離器的負載使用�50歐姆的環(huán)境下,那么就� 0.5W � 0.02W = 0.48W的功率轉(zhuǎn)換為儀表自身的�(fā)�。如果時多路輸出將產(chǎn)生更多的熱量,而降低輸出模塊的額定功率在實際應用中又難以應付市場的復雜狀��
?、诟綦x單元模塊的低功耗改�
隔離單元是決定產(chǎn)品技術指標的重要單元�
目前隔離技術主要有磁隔離與光隔離兩大類。隔離電路形式有直接�(diào)制耦合,反饋調(diào)制耦合等多種形�,具體采用什么形式要根據(jù)�(chǎn)品的技術指標而定??偟膩碇v可以大致分為開關量信號采用光隔離,模擬量信號采用磁隔離的方式。從技術復雜程度來�,磁隔離比光隔離處理技術復雜,采用磁隔離技�,設計者可以根�(jù)技術指標采用合適的設計方案,隔離的線性、精度可以根�(jù)�(chǎn)品的要求靈活控制。而光隔離的線性、精度只能依賴器件廠家提供的技術指�,設計人員可以調(diào)整的方式很少,也不可能超過廠家提供的技術指�。由于功耗大,光電隔離也不能實現(xiàn)無源隔離。磁隔離模式有電流互感模式、電流互感反饋模�、電壓互感模�、電壓互感反饋模式、電流互感功率補償模式等,電流互感功率補償模式是相對來說功耗的模式�
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電源的技術指標是基礎,決定產(chǎn)品的性能。目前流行的電源拓撲形式雖然非常�,也很成熟�
?�?)隔離器的抗干擾措施
1)用硬件線路抑制尖峰干擾的影響 常用辦法主要有三種: ①在儀器交流電源輸入端串入按頻譜均衡的原理設計的干擾控制器,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�; 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��?、墼趦x器交流電源的輸入端并�(lián)壓敏電阻,利用尖峰脈沖到來時電阻值減小以降低儀器從電源分得的電�,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�,可以采用編程進行時間濾波,也就是用程序控制可控硅導通瞬間不采樣,從而有效地消除干擾�
3)采用硬、軟件結(jié)合的看門狗(watchdog)技術抑制尖峰脈沖的影響 軟件:在定時器定時到之前,CPU訪問一次定時器,讓定時器重新開始計�,正常程序運�,該定時器不會產(chǎn)生溢出脈沖,watchdog也就不會起作�。一旦尖峰干擾出�(xiàn)了“飛程序�,則CPU就不會在定時到之前訪問定時器,因而定時信號就會出�(xiàn),從而引起系�(tǒng)復位中斷,保證智能儀器回到正常程序上��
4)實行電源分組供電,例如:將�(zhí)行電機的�(qū)動電源與控制電源分開,以防止設備間的干擾�
5)采用噪聲濾波器也可以有效地抑制交流伺服�(qū)動器對其它設備的干擾。該措施對以上幾種干擾現(xiàn)象都可以有效地抑制�
6)采用隔離變壓器 考慮到高頻噪聲通過變壓器主要不是靠�、次級線圈的互感耦合,而是靠初、次級寄生電容耦合�,因此隔離變壓器的初、次級之間均用屏蔽層隔離,減少其分布電容,以提高抵抗共模干擾能力�
7)采用高抗干擾性能的電�,如利用頻譜均衡法設計的高抗干擾電源。這種電源抵抗隨機干擾非常有效,它能把高尖峰的擾動電壓脈沖�(zhuǎn)換成低電壓峰值(電壓峰值小于TTL電平)的電壓,但干擾脈沖的能量不變,從而可以提高傳感器、儀器儀表的抗干擾能��
在各個過程環(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(部分設備可以做到),也可以使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�,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�、抗電磁干擾等方面性能更加�(yōu)越�
3)信號隔離器應用靈活,而且它還有型號轉(zhuǎn)換和 信號分配功能,使用起來更加方��
4� 信號隔離器通常有單通道、雙通道、一入二出等通道形式,通道間相互完全獨�,構(gòu)成系�(tǒng)的配�、日常維護更加方��
智能隔離器的說明� SKGL型智能隔離器是將輸入單路或雙路的電流或電壓信�,變送輸出隔離的單路或雙路線性的電流或電壓信�,并提高輸入、輸�、電源之間的電氣隔離性能�
選擇隔離器除了要先確定功�, 然后注意適應前后端接口情況外, 尚有諸如精度、功�、噪�、絕緣強�、總線通訊功能等許多參�(shù)需要使用者慎選。其中功耗是指隔離器工作時消耗的電能, 涉及到產(chǎn)品產(chǎn)生的熱量。該參數(shù)與產(chǎn)品長期使用的可靠性密切相��
根據(jù)模擬電路測試表明, 不同的功耗在�(chǎn)品殼體內(nèi)�(chǎn)生的熱量不同, 引起殼內(nèi)溫升也不同。產(chǎn)品處于工作狀�(tài)�, �(chǎn)品殼體內(nèi)比殼體外的環(huán)境溫度要高出10-3� � 。若散熱不好, 可能升高50 � 以上。如果殼體內(nèi)溫度過高, 組成�(chǎn)品的元器件在高溫中長期工�,會對�(chǎn)品性能�(chǎn)生不良影�。長時間的高溫環(huán)境能使運算放大器參數(shù)蛻變、電阻阻值變化、電容漏電增大等, 這將使產(chǎn)品性能下降, 甚至導致�(chǎn)品失�, 所以用戶在選取中要注意功耗這個參�(shù)�
精度是非常重要的參數(shù), 與之有關的參�(shù)很多,時間漂移、溫度漂移表明了精度的穩(wěn)定程�, 這兩個參�(shù)值越小越�。對精度�(chǎn)生影響的參數(shù)是噪�。由于隔離器一般采用DC/DC �(chǎn)生隔離電源給�(chǎn)品內(nèi)部電路供�, 而輸人信號也要先被調(diào)制成脈沖再經(jīng)過隔離帶(光偶或變壓器)然后解調(diào)到輸出。以CPU為核心的隔離器也存在脈沖信�, 這些工作脈沖的頻率多在20—100kHz范�。這些脈沖邊緣陡峭、諧波豐�, 對信號的污染很難消除。如果噪音較�, �(shù)�(jù)采集器采集的信號誤差就大, 所以噪音的峰值和能量越小越好�
維庫電子�,電子知�,一查百��
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