隔離端子的抗干擾和應用選擇

一 電氣隔離和電磁兼容--隔離端子抗干擾的基本要求

1. 電氣隔離的兩個(gè)原則

不同設備儀表的、帶有不同共模的信號輸入到DCS、PLC等控制系統，如果不加處理而直接聯(lián)入，可能出現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，它可將帶有共模的信號經(jīng)過(guò)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的采集板之間插入隔離端子就能解決這個(gè)問(wèn)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(lèi)的設備。這時(shí)除了輸入和輸出隔離之外，要求2個(gè)輸出之間相互隔離以消除設備互擾。此時(shí)可使用隔離式信號分配器，如圖1的WS15242。

溫度變送器國際電工委員會(huì )(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、工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射標準作為電磁兼容通用標準。我國也發(fā)布了與它等同的文件：GB/T17799.2-2003和GB17799.4-2001。歐盟CE也有同樣標準，規范進(jìn)入歐盟市場(chǎng)的產(chǎn)品。這些文件也是隔離端子應該達到的標準。

形成電磁干擾后果必須具備3個(gè)基本要素，即電磁騷擾源、耦合通道、敏感設備。EMC設計的任務(wù)就是減弱騷擾源能量、切斷耦合通道、提高設備對電磁干擾的抵抗能力。隔離端子的EMC也要從設計做起。由于它屬于處理信號的儀表，功率小，對外發(fā)射能量也低。在設計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)射標準要求比較容易達到。它的設計重點(diǎn)在提高對電磁騷擾的抵抗能力。圖2給出兩種隔離端子在射頻調幅電磁場(chǎng)試驗中輸出信號的變化情況，用以說(shuō)明電磁兼容的重要性。

二%20應用選擇

1.%20依據接口選擇產(chǎn)品

工業(yè)過(guò)程控制中最常見(jiàn)的信號是4～20mA、0～10V，壓力、溫度、流量等物理量要轉換成4～20mA、0～10V信號送計算機處理。將這些物理量轉換為4～20mA、0～10V信號的設備稱(chēng)為變送器。圖3為隔離溫度變送器應用連線(xiàn)圖。圖中Pt100是以電阻變化體現溫度變化的溫度傳感器，所以連接線(xiàn)的引線(xiàn)電阻會(huì )引入誤差。WS9050、WS2050這類(lèi)變送器具有長(cháng)線(xiàn)補償功能，可消除引線(xiàn)電阻的誤差并有線(xiàn)性化功能，確保轉換精確度。

WS2050這類(lèi)二線(xiàn)制變送器，它的電源與輸出共地，沒(méi)有隔離。當多個(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兩個(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。

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場(chǎng)指定地點(diǎn)。此時(shí)一般把隔離端子安置在中央控制室機柜中，由機柜中的隔離端子為現場(chǎng)變送器配送電源。圖4給出了針對不同接口的兩種產(chǎn)品連線(xiàn)圖。使用哪一種要根據PLC接口情況決定。

現場(chǎng)調試也會(huì )出現儀表和PLC接口不匹配，發(fā)送設備為四線(xiàn)制變送器輸出4～20mA，而接收端4～20mA的接口為二線(xiàn)回路供電方式(圖5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場(chǎng)的4～20mA接收并隔離，在隔離端子內部輸出部分安裝一個(gè)專(zhuān)用電路用以匹配和PLC的二線(xiàn)回路供電接口方式。見(jiàn)圖5。這種隔離端子也可以處理0～10V，0～5A AC等輸入電壓電流信號。

圖3至圖5表明選擇隔離端子首先依據輸入端口是接傳感器還是電壓電流信號、或者是接二線(xiàn)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4的PLC兩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6。WS1562的最大特點(diǎn)是無(wú)需外接電源，接線(xiàn)簡(jiǎn)捷、功耗低、可靠性能高，多路連接符合上述兩個(gè)原則。