維盛新儀隔離端子的抗干擾和應(yīng)用選擇與基本要求

維盛新儀隔離端子的抗干擾和應(yīng)用選擇生產(chǎn)過程監(jiān)視和控制中要用到多種自動化儀表、PLC及相應(yīng)執(zhí)行機(jī)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(dá)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(shí)隨著通訊工具使用越來普遍，對講機(jī)、移動、傳呼機(jī)在調(diào)試現(xiàn)場隨處可見，它們的使用頻段大體在20MHz～1000MHz，帶來的電磁場強(qiáng)度從3V/M到10V/M,嚴(yán)重的能到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(dá)到二個(gè)基本要求。第一是解決各種設(shè)備、儀表“地”之間的差，即信號參考點(diǎn)的電位差。第二個(gè)是電磁兼容。一．電氣隔離和電磁兼容―――隔離端子抗干擾的基本要求。1.電氣隔離的二個(gè)原則不同設(shè)備儀表的、帶有不同共模的信號輸入到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)因信號具有“共模不同”的干擾。所謂“共模不同”主要指信號間的參考點(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的能力很強(qiáng)，它可以將帶有共模的信號經(jīng)過隔離輸出成為不含共模的信號。所以只要在每路外部信號和控制系統(tǒng)的采集板之間插入隔離端子就能解決這個(gè)問題。還有一種情況，要求一個(gè)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(shè)備。這時(shí)除了輸入和輸出隔離之外，要求二個(gè)輸出之間相互隔離以消除設(shè)備互擾。此時(shí)可以使用隔離式信號分配器，如圖一的WS15242。圖一隔離式信號分配器應(yīng)用綜上所述，解決參考點(diǎn)電位差類型的干擾要遵循兩個(gè)原則。第一：外部設(shè)備信號與中央處理系統(tǒng)（例如PLC、DCS）之間要進(jìn)行電氣隔離。第二：外部信號（對系統(tǒng)的接口而言，無論是接收來的信號還是向外發(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(gè)原則就能完全克服由于參考點(diǎn)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DC24V或AC220V。這個(gè)電源在為輸入、輸出部份供電時(shí)必須確保在電氣上與輸入/輸出兩個(gè)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。這樣的連接符合上述的二個(gè)原則。2.電磁兼容根據(jù)國際電工委員會（IEC）定義，電磁兼容（EMC:ElectromagneticCompatibility）是電子設(shè)備的一種功能。電子設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，要求隔離端子達(dá)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(shí)隔離端子做為電磁騷擾源而產(chǎn)生的電磁強(qiáng)度也要控制在規(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)。我們國家也發(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三個(gè)基本要素，即電磁騷擾源、耦合通道、敏感設(shè)備。電磁兼容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的儀表，功率小，對外發(fā)射能量也低。在設(shè)計(jì)上只要稍加注意減弱產(chǎn)品對環(huán)境的電磁污染，“工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)”比較容易達(dá)到。它的設(shè)計(jì)重點(diǎn)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(yàn)中輸出信號的變化情況，用以說明電磁兼容的重要性。（A）（B）圖二隔離端子在電磁干擾下的輸出信號(縱坐標(biāo)為電壓單位V)（A）EMC設(shè)計(jì)較為成功產(chǎn)品，變動范圍±5mV,最大±10mV.(B)設(shè)計(jì)存在缺陷出現(xiàn)300mV變化。二．應(yīng)用選擇1.依據(jù)接口選擇產(chǎn)品工業(yè)過程控制中最常見的信號是4-20mA﹑0-10V，壓力、溫度、流量等物理量要轉(zhuǎn)換成4-20mA﹑0-10V信號送計(jì)算機(jī)處理。將這些物理量轉(zhuǎn)換為4-20mA﹑0-10V信號的設(shè)備稱為變送器。圖三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引入誤差。WS9050﹑WS2050這類變送器具有長線補(bǔ)償功能，可以消除引線電阻的誤差并有線性化功能，確保轉(zhuǎn)換精度。WS2050這類二線制變送器，它的電源與輸出共“地”，沒有隔離。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二個(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。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(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。使用哪一種要根據(jù)PLC接口情況決定。圖四PLC兩種接口與隔離配電連接示意圖現(xiàn)場調(diào)試也會出現(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。解決方法是采用隔離端子將現(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(gè)專用電路用以匹配和PLC的二線回路供電接口方式。見圖五。這種隔離端子也可以處理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還是電壓電流信號、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電流還要確定是圖四的PLC二種接收方式的哪一種。一般4-20mA電流信號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。如圖六圖六省去外接電源的電流隔離器燕WS1僅562的最蘇大特點(diǎn)是無握需外接電源劈,接線簡捷輕﹑功耗低﹑塞可靠性能高叉,多路連接窮符合上述二撕個(gè)原則。恰林勤圖七亮輸入端電壓鄉(xiāng)/輸出負(fù)載氧曲線祥圖八傻線性度/輸嚷出負(fù)載電阻撤曲線盆怒圖七是久WS156跌2在輸出為渴20mA條吵件下，輸出藝負(fù)載和輸入虜端電壓關(guān)系寫曲線。VI瘋N表示輸入滿端電壓﹑R嬸L表示輸出儉負(fù)載電阻﹑挽VO表示輸啊出負(fù)載電阻訴上的電壓。鋒圖八給申出二種無源床隔離器輸出洞負(fù)載對線性革度曲線，其仆中實(shí)線描繪捏的性能較好梨，輸出負(fù)載棕電阻RL從熊0Ω-50扔0Ω變化，聲線性度都在欠0.2%以俘內(nèi)?？?.．險(xiǎn)主要參數(shù)選盤取倍選擇隔緊離端子除了帖要確定功能片﹑注意適應(yīng)島前后端接口詢外，尚有精咐度﹑功耗﹑篩噪音﹑絕緣設(shè)強(qiáng)度﹑總線魯通訊功能等臺許多參數(shù)需泉要使用者慎漿選。歲精度是頃非常重要的頓參數(shù)。與它驢有關(guān)系的參遙數(shù)很多。時(shí)巧間漂移和溫稈度漂移兩個(gè)梳參數(shù)表明了禍精度的穩(wěn)定穴程度，要求遭這二個(gè)參數(shù)勻值越小越好右。告另一個(gè)鈴對精度產(chǎn)生愉影響的參數(shù)祖是噪音。由裹于隔離端子席一般采用D閘C/DC產(chǎn)享生隔離電源燭給產(chǎn)品內(nèi)部蜘電路供電，奸而輸入信號氧也要先被調(diào)票制成脈沖再同經(jīng)過隔離帶烤（光偶或變蘆壓器）然后級解調(diào)到輸出同。以CPU拜為核心的隔款離端子也存藍(lán)在脈沖信號收。這些工作難脈沖的頻率玉多在20K頓HZ～50細(xì)0KHZ范府圍，它的邊醉緣陡峭﹑諧母波豐富，對腸信號的污染施很難消除。駱如果噪音幅遞度高，數(shù)據(jù)顛采集器采集頑到信號的誤千差就大。所僅以噪音的峰廢值和能量越薯小越好。賄功耗是希指隔離端子種工作時(shí)消耗轉(zhuǎn)的電能，它云和產(chǎn)品的內(nèi)悄部熱量溫度疊有關(guān)。圖九頂給出二種具磚有不同功耗擁的隔離端子篩按二個(gè)排列五方式：獨(dú)立愛放置、十只品一排緊密排輛列條件下，父內(nèi)部溫度和舒環(huán)境溫度（筍產(chǎn)品說明書錘上稱為：工凳作溫度）的灘關(guān)系曲線。時(shí)妖圖九牌隔離端子功融耗和內(nèi)部溫存度曲線苗復(fù)圖九中全D曲線表明淹當(dāng)產(chǎn)品本身鉛消耗功率較抵大、處于緊器密排列、環(huán)民境溫度較高墻時(shí)，產(chǎn)品內(nèi)究部溫度就高訴。長時(shí)間的杏高溫環(huán)境將少使產(chǎn)品內(nèi)部襯集成電路參斯數(shù)蛻變﹑電威阻阻值變化繞﹑電容漏電