4-20ma模擬量信號(hào)隔離器應(yīng)用和選型

時(shí)間：2022-09-19作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：286

周曉麗

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
 
【摘要】從信號(hào)隔離器的應(yīng)用場景出發(fā)，結(jié)合客戶一些實(shí)際應(yīng)用分析，介紹了工業(yè)現(xiàn)場信號(hào)隔離器的選用技術(shù) ，著重分析了不同類型的信號(hào)隔離器的應(yīng)用特點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】隔離器；PLC；信號(hào)；接地
 
引言
 
       在工業(yè)系統(tǒng)中，信號(hào)隔離器多在外設(shè)與接口設(shè)備之間，保證信號(hào)的輸入和輸出隔離以及后級(jí)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，解決了不同設(shè)備、儀表信號(hào)間的參考點(diǎn)的電位差，同時(shí)可以進(jìn)行干擾過濾，信號(hào)便可以完整的傳輸。若所有儀表、設(shè)備的信號(hào)只有一個(gè)共同的參考點(diǎn)則可達(dá)到好的效果，但在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，這一點(diǎn)幾乎是不可能。
       隔離器之所以能起到這個(gè)作用，在于輸入、輸出在電氣上完全隔離的特點(diǎn)。輸入和輸出之間沒有共同“地”，如輸入信號(hào)是0~5V或帶著+1V干擾的，經(jīng)隔離后仍為0~5V，即隔離后新建立的PLC“地”與外部設(shè)備、儀表“地”沒關(guān)系：正是由于這個(gè)原因，也實(shí)現(xiàn)輸入到PLC主機(jī)的多個(gè)外接設(shè)備儀表信號(hào)之間隔離，也即它們之間沒有“地”的關(guān)系。在PLC向外部信號(hào)設(shè)備傳出信號(hào)也有類似現(xiàn)象問題，使用隔離器也能達(dá)到解決問題的目的。如圖1。


                                    圖1
 
一、三端隔離型
 
       大多數(shù)隔離器都要外加工作電源，一般為DC24V或AC220V。這個(gè)電源在為輸入、輸出部分供電時(shí)也確保在電氣上與輸入、輸出這兩個(gè)部分電氣隔離。這種輸入、輸出、工作電源之間相互隔離的隔離器稱為三端隔離型。從理論上講，這種供電方式不管隔離器數(shù)量多少，均可用一臺(tái)電源供電，不會(huì)引入干擾。
1.支持多種輸入模式
       三端隔離型輸入支持多種輸入方式，分別為電流源、三線制、二線制。在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，一般需要現(xiàn)場的壓力、水位、流量等信號(hào)進(jìn)行測量監(jiān)測，常常用到壓力傳感器、水位傳感器、流量傳感器等，這些非電量傳感器分為2線制、3線制、4線制等類型，均需外部提供工作電源，為保證電源的安全性一般采用DC24V，常用的方式是采用由相關(guān)控制系統(tǒng)設(shè)備提供的DC24V電源。自動(dòng)化控制系統(tǒng)中需監(jiān)測的傳感器數(shù)量多，關(guān)注其重要性以及確?，F(xiàn)場控制單元運(yùn)行安全，一般提供獨(dú)立的DC24V電源模塊。信號(hào)隔離器作為傳感器和PLC連接的橋梁，不僅提高了模擬信號(hào)測量精度、抗電磁干擾能力、電氣隔離安全性能，而且能夠有效解決傳感器供電電源安全和相對獨(dú)立的問題。


三端隔離型接線圖
 
二、輸出端供電型
 
       在儀表配套的現(xiàn)場，由于各種原因可能會(huì)產(chǎn)生如下情況：24 V兩線制接口可能接在電源接收設(shè)備的信號(hào)接入端，現(xiàn)場調(diào)試也會(huì)出現(xiàn)儀表接口不匹配。例如現(xiàn)場發(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，不方便外接電源，此時(shí)選用輸出端供電型信號(hào)隔離器，將供電型隔離器由信號(hào)輸出線接入到輸出環(huán)路，它由接收設(shè)備供電，同時(shí)隔離現(xiàn)場4線制變送器的信號(hào)并輸出。 


                             輸出端供電型接線圖
 
三、無源型
 
       如果處理4~20mA到4~20mA電流信號(hào)的隔離，這里推薦一種不需要再加電源的隔離器。顯然省去外接電源，使接線更簡捷，且功耗低、自身熱量低、可靠性高。這種特點(diǎn)在于不需要外接電源，它帶來了簡捷可靠的優(yōu)點(diǎn)，但也帶來了使用上的局限性，對于4~20mA信號(hào)進(jìn)行的隔離傳送，從另一個(gè)意義上講是功率傳送內(nèi)部的功率損耗**，帶載能力會(huì)受到輸入端電壓的影響，因此，實(shí)際應(yīng)用過程需要根據(jù)后級(jí)負(fù)載需求和輸入端電壓的大小做考慮無源型是否合適。


                                                        無源型接線圖
 
四、應(yīng)用選型
 
       對于現(xiàn)場需要對4~20mA信號(hào)進(jìn)行隔離且為了簡化布線選用無源型，需要注意后級(jí)的帶載需求，如果不能滿足帶載需求，則無源型不能正常使用；
       輸出端供電型應(yīng)用場景中后級(jí)產(chǎn)品輸入回路帶有電源的情況，輸出端供電型的帶載需求和輸出回路的電源大小呈正相關(guān)；
       三端隔離型在應(yīng)用上的劣勢就是需要獨(dú)立電源供電，但其精度、抗干擾能力、帶載能力、紋波都是**無源型和輸出端供電型。
 
五、BM100信號(hào)隔離器
 
1.概述
       BM100系列信號(hào)隔離器在工業(yè)生產(chǎn)中為增加儀表負(fù)載能力并保證連接同一信號(hào)的儀表之間互不干擾，提高電氣安全性能。BM100信號(hào)隔離器將輸入的電壓、電流、電阻或溫度等信號(hào)進(jìn)行采集、放大、運(yùn)算、并進(jìn)行抗干擾處理后，再輸出隔離的電流和電壓信號(hào)，安全的輸送給二次儀表或PLC/DCS使用。
 


2.技術(shù)參數(shù)





六、結(jié)束語
 
       在PLC/DCS控制系統(tǒng)中加入信號(hào)隔離器的連接方式，有效解決了控制系統(tǒng)中的干擾問題，但工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用多種多樣，因此隔離器的選型也就顯得尤為重要。只有根據(jù)控制需要來選擇適合的隔離器，才能達(dá)到工業(yè)控制所需要的精度和穩(wěn)定性。 
 
參考文獻(xiàn)：
[1]企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.6.
[2]陳 潔．隔離器在工業(yè)現(xiàn)場件的應(yīng)用[J]．石油化工自動(dòng)化，2005
[3]汪紅勺. 工業(yè)現(xiàn)場隔離器件的應(yīng)用和選擇[J].四川水泥,2006,5(5):45-47.[7]
 
作者簡介：
       周曉麗，女，本科，電子信息工程，主要從事電量傳感器研發(fā)
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