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隔離器件在工業(yè)現(xiàn)場的應用

時間:2023-05-01 12:32:06 電子通信論文 我要投稿
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隔離器件在工業(yè)現(xiàn)場的應用

 生產(chǎn)過程監(jiān)視和控制要用到多種自動化儀表、計算機及相應執(zhí)行機構。過程中的信號既有微弱到毫伏級的小信號,又有數(shù)十伏的大信號,甚至還有高達數(shù)千伏、數(shù)百安培的信號要處理。從頻率上講,有直流低頻范圍的,也有高頻/脈沖尖峰。設備儀表間的互相干擾就成為系統(tǒng)調(diào)試中必須要解決的問題。除了電磁屏蔽之外,解決各種設備儀表的“地”,即信號參考點的電位差,將成為重要課題。因為不同設備、儀表的信號要互傳互送,那就存在信號參考點問題。換句話說,要使信號完整傳送,理想化的情況是所有設備儀表的信號有一個共同的參考點,即共有一個“地”。進一步講,所有設備儀表信號的參考點之間電位差為“零”。但是在實際環(huán)境中,這一點幾乎是不可能的,這里面除了各個設備儀表“地”之間的連線電阻產(chǎn)生的電壓降之外,尚 有各種設備儀表在不同環(huán)境受到的干擾不同,以及導線接點經(jīng)受風吹雨淋導致接點質(zhì)量下降等諸多因素,致使各個“地”之間有差別。以示意圖一為例。

                 圖一 PLC與外接儀表示意圖

  圖中標明有兩個現(xiàn)場設備1#、2#儀表向PLC傳送信號以及PLC向兩臺現(xiàn)場設備3#、4#儀表發(fā)出信號。假定傳送信號均為0-10VDC。理想情況下PLC及兩個現(xiàn)場設備1#、2#儀表“地”電位完全相等,傳送過程中又沒有干擾。這樣從PLC輸入來看,接收正確。但如前所述,兩個現(xiàn)場設備通常有“地”電位差。舉例來講,1#設備“地”與PLC“地”同電位,2#設備比它們的“地”電位高0.1V,這樣1#設備給PLC的信號為0-10V,而2#設備給PLC的為0.1V-10.1V,誤差就產(chǎn)生了.同時1#、2#設備的“地”線在PLC匯合聯(lián)接,將0.1V電壓施加在PLC地線條上,可能損壞PLC局部“地”線。同時顯示錯誤的數(shù)據(jù)。由此引起的問題在現(xiàn)場調(diào)試中屢有出現(xiàn)。例如某大型建材公司生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)使用美國AB-PLC外接國內(nèi)某廠家手操器。AB-PLC的每個數(shù)據(jù)采集板由八個通道組成,八個通道共用一個12位A/D,模擬量經(jīng)過變換后由12個光耦隔離器實現(xiàn)與主機隔離。它的八個通道輸入之間沒有隔離,致使在輸入信號時,每個通道單獨輸入到采集板均正常。但是同時輸入兩個或多于兩個外部信號時,顯示數(shù)字亂跳故障無法排除。又如航天某部門使用K型熱偶作為傳感器測試發(fā)動機各點溫度。同上述相似,僅測試一個點時正常。但是向主機接入兩點或兩點以上溫度信號時,顯示的溫度值明顯錯誤。這兩種情況在使用隔離器后,都正常了。

   隔離器之所以能起到這個作用,就是它具有使輸入/輸出在電氣上完全隔離的特點。換句話講,輸入/輸出之間沒有共同“地”,外來信號不管是0-10V,或帶著共模干擾電壓的0-10V經(jīng)隔離后均為0-10V。即隔離后新建立的“地”與外部設備儀表“地”沒關系。正是由于這個原因,也實現(xiàn)了輸入到PLC主機的多個外接設備儀表信號之間隔離,即它們之間沒有“地”的關系。

   上面談了輸入信號和PLC信號的隔離,同樣PLC向外部設備輸出信號也有類似現(xiàn)象問題。顯然采用隔離器就能解決問題。

   這類電壓/電壓隔離器及電壓/電流隔離轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品型號是WS1521、WS1522。

   1.不管PLC向外部設備儀表發(fā)送信號,還是外部設備儀表向其他設備發(fā)送信號,有一種情況經(jīng)常遇到:要求一個信號即能向顯示儀表輸送信號,又能傳送給諸如變頻器之類的設備。這就有可能在兩個設備之間產(chǎn)生干擾,若要徹底解決干擾問題,推薦使用隔離式信號分配器,它的二個輸出之間也是隔離的。它能實現(xiàn)輸入信號與外部設備隔離,同時實現(xiàn)接收信號設備之間隔離。如圖二。

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                 圖一 PLC與外接儀表示意圖

  圖中標明有兩個現(xiàn)場設備1#、2#儀表向PLC傳送信號以及PLC向兩臺現(xiàn)場設備3#、4#儀表發(fā)出信號。假定傳送信號均為0-10VDC。理想情況下PLC及兩個現(xiàn)場設備1#、2#儀表“地”電位完全相等,傳送過程中又沒有干擾。這樣從PLC輸入來看,接收正確。但如前所述,兩個現(xiàn)場設備通常有“地”電位差。舉例來講,1#設備“地”與PLC“地”同電位,2#設備比它們的“地”電位高0.1V,這樣1#設備給PLC的信號為0-10V,而2#設備給PLC的為0.1V-10.1V,誤差就產(chǎn)生了.同時1#、2#設備的“地”線在PLC匯合聯(lián)接,將0.1V電壓施加在PLC地線條上,可能損壞PLC局部“地”線。同時顯示錯誤的數(shù)據(jù)。由此引起的問題在現(xiàn)場調(diào)試中屢有出現(xiàn)。例如某大型建材公司生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)使用美國AB-PLC外接國內(nèi)某廠家手操器。AB-PLC的每個數(shù)據(jù)采集板由八個通道組成,八個通道共用一個12位A/D,模擬量經(jīng)過變換后由12個光耦隔離器實現(xiàn)與主機隔離。它的八個通道輸入之間沒有隔離,致使在輸入信號時,每個通道單獨輸入到采集板均正常。但是同時輸入兩個或多于兩個外部信號時,顯示數(shù)字亂跳故障無法排除。又如航天某部門使用K型熱偶作為傳感器測試發(fā)動機各點溫度。同上述相似,僅測試一個點時正常。但是向主機接入兩點或兩點以上溫度信號時,顯示的溫度值明顯錯誤。這兩種情況在使用隔離器后,都正常了。

   隔離器之所以能起到這個作用,就是它具有使輸入/輸出在電氣上完全隔離的特點。換句話講,輸入/輸出之間沒有共同“地”,外來信號不管是0-10V,或帶著共模干擾電壓的0-10V經(jīng)隔離后均為0-10V。即隔離后新建立的“地”與外部設備儀表“地”沒關系。正是由于這個原因,也實現(xiàn)了輸入到PLC主機的多個外接設備儀表信號之間隔離,即它們之間沒有“地”的關系。

   上面談了輸入信號和PLC信號的隔離,同樣PLC向外部設備輸出信號也有類似現(xiàn)象問題。顯然采用隔離器就能解決問題。

   這類電壓/電壓隔離器及電壓/電流隔離轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品型號是WS1521、WS1522。

   1.不管PLC向外部設備儀表發(fā)送信號,還是外部設備儀表向其他設備發(fā)送信號,有一種情況經(jīng)常遇到:要求一個信號即能向顯示儀表輸送信號,又能傳送給諸如變頻器之類的設備。這就有可能在兩個設備之間產(chǎn)生干擾,若要徹底解決干擾問題,推薦使用隔離式信號分配器,它的二個輸出之間也是隔離的。它能實現(xiàn)輸入信號與外部設備隔離,同時實現(xiàn)接收信號設備之間隔離。如圖二。

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