模擬量信號隔離器應用和選型

王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司  

【摘要】從信號隔離器的應用場景出發，結合客戶一些實際應用分析，介紹了工業現場信號隔離器的選用技術 ，著重分析了不同類型的信號隔離器的應用特點。

【關鍵詞】隔離器；PLC；信號；接地

引言

在工業系統中，信號隔離器多在外設與接口設備之間，保證信號的輸入和輸出隔離以及后級設備的穩定運行，解決了不同設備、儀表信號間的參考點的電位差，同時可以進行干擾過濾，信號便可以完整的傳輸。若所有儀表、設備的信號只有一個共同的參考點則可達到好的效果，但在實際應用環境中，這一點幾乎是不可能。

隔離器之所以能起到這個作用，在于輸入、輸出在電氣上*隔離的特點。輸入和輸出之間沒有共同“地"，如輸入信號是0~5V或帶著+1V干擾的，經隔離后仍為0~5V，即隔離后新建立的PLC“地"與外部設備、儀表“地"沒關系：正是由于這個原因，也實現輸入到PLC主機的多個外接設備儀表信號之間隔離，也即它們之間沒有“地"的關系。在PLC向外部信號設備傳出信號也有類似現象問題，使用隔離器也能達到解決問題的目的。如圖1。

圖1

一、三端隔離型

大多數隔離器都要外加工作電源，一般為DC24V或AC220V。這個電源在為輸入、輸出部分供電時也確保在電氣上與輸入、輸出這兩個部分電氣隔離。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量多少，均可用一臺電源供電，不會引入干擾。

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。在自動化控制系統中，一般需要現場的壓力、水位、流量等信號進行測量監測，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控制系統設備提供的DC24V電源。自動化控制系統中需監測的傳感器數量多，關注其重要性以及確保現場控制單元運行安全，一般提供獨立的DC24V電源模塊。信號隔離器作為傳感器和PLC連接的橋梁，不僅提高了模擬信號測量精度、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

在儀表配套的現場，由于各種原因可能會產生如下情況：24 V兩線制接口可能接在電源接收設備的信號接入端，現場調試也會出現儀表接口不匹配。例如現場發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，不方便外接電源，此時選用輸出端供電型信號隔離器，將供電型隔離器由信號輸出線接入到輸出環路，它由接收設備供電，同時隔離現場4線制變送器的信號并輸出。 

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。這種特點在于不需要外接電源，它帶來了簡捷可靠的優點，但也帶來了使用上的局限性，對于4~20mA信號進行的隔離傳送，從另一個意義上講是功率傳送內部的功率損耗必/不/可/少，帶載能力會受到輸入端電壓的影響，因此，實際應用過程需要根據后級負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、應用選型

對于現場需要對4~20mA信號進行隔離且為了簡化布線選用無源型，需要注意后級的帶載需求，如果不能滿足帶載需求，則無源型不能正常使用；

輸出端供電型應用場景中后級產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；

三端隔離型在應用上的劣勢就是需要獨立電源供電，但其精度、抗干/擾/能力、帶載能力、紋波都是優于無源型和輸出端供電型。

五、BM100信號隔離器

1.概述

BM100系列信號隔離器在工業生產中為增加儀表負載能力并保證連接同一信號的儀表之間互不干擾，提高電氣安全性能。BM100信號隔離器將輸入的電壓、電流、電阻或溫度等信號進行采集、放大、運算、并進行抗干擾處理后，再輸出隔離的電流和電壓信號，安全的輸送給二次儀表或PLC/DCS使用。

2.技術參數

六、結束語

在PLC/DCS控制系統中加入信號隔離器的連接方式，有效解決了控制系統中的干擾問題，但工業現場應用多種多樣，因此隔離器的選型也就顯得尤為重要。只有根據控制需要來選擇適合的隔離器，才能達到工業控制所需要的精度和穩定性。 

參考文獻：

[1]企業微電網設計與應用手冊.2020.6.

[2]陳 潔．隔離器在工業現場件的應用[J]．石油化工自動化，2005

[3]汪紅勺. 工業現場隔離器件的應用和選擇[J].四川水泥,2006,5(5):45-47.[7]