生產(chǎn)過程監(jiān)視和控制中要用到多種自動化儀表、計算機及相應(yīng)執(zhí)行機構(gòu),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,而且還有高達數(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(shè)備、儀表間互擾成為系統(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(shè)備、儀表的“地”，也即信號參考點的電位差，將成為重要課題。因為不同設(shè)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(shè)備、儀表中的信號有一個共同的參考點，也即共有一個“地”。進一步講，所有設(shè)備、儀表的信號的參考點之間電位為“零”。但是在實際環(huán)境中，這一點幾乎是不可及的，這里面除了各個設(shè)備、儀表“地”之間連線電阻產(chǎn)生的電壓降之外，尚有各種設(shè)備、儀表在不同環(huán)境受到干擾不同，以及導(dǎo)線接點經(jīng)受風(fēng)吹雨淋，導(dǎo)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 圖一中標(biāo)明有兩個現(xiàn)場設(shè)備儀表向PLC傳送信號以及PLC向兩臺現(xiàn)場設(shè)備儀表發(fā)出信號。假定傳送的均為0-10VDC信號。理想情況，PLC及兩個現(xiàn)場設(shè)備“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。但正如前所述，兩個現(xiàn)場設(shè)備通常有“地”電位差，舉例來講，1#設(shè)備“地”與PLC“地”同電位，2#設(shè)備比它們的“地”電位高0.1V，這樣1#設(shè)備給PLC的信號為0-10V，而2#設(shè)備給PLC的為0.1V-10.1V,誤差就產(chǎn)生了,同時1#,2#設(shè)備的“地”線在PLC匯合聯(lián)接。將0.1V電壓施加在PLC地線條上，有可能損壞PLC局部“地”線，同時在顯示錯誤數(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的生產(chǎn)線調(diào)試中，使用美國AB-PLC接國內(nèi)某廠家手操器。AB-PLC的數(shù)據(jù)采集板有每八個通道，八個通道共用一個12位A/D，經(jīng)過變換后，由12個光耦實現(xiàn)與主機隔離。它的八個通道輸入之間并沒有隔離，致使八個通道輸入信號每個單獨接入采集板均正常，接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。又如航天某部門測試發(fā)動機各點溫度，使用K型偶作為傳感器，同上述相似，僅測試一點一切正常，但是向主機接入兩點或兩點以上溫度時，顯示的溫度明顯錯誤。這兩種情況在接入隔離器后，均正常。 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+10V干擾的10V-20V經(jīng)隔離后均為0-10V，也即隔離后新建立的PLC“地”與外部設(shè)備、儀表“地”沒關(guān)系。正是由于這個原因，也實現(xiàn)輸入到PLC主機的多個外接設(shè)備儀表信號之間隔離，也即它們之間沒有“地”的關(guān)系。 上面談了輸入到PLC信號的隔離，同樣在PLC向外部信號設(shè)備傳出信號也有類似現(xiàn)象問題。顯然采用隔離器亦能達到解決問題的目的。 談到PLC向外部設(shè)備、儀表發(fā)送信號，有一種情況經(jīng)常遇到：要求PLC的輸出即能給顯示儀表，又能傳送給變頻器一類的設(shè)備。欲徹底解決干擾問題，推薦使用隔離式信號分配器。這種隔離器即實現(xiàn)PLC輸出信號與外設(shè)隔離，同時實現(xiàn)外設(shè)之間隔離。如圖二、 圖二 隔離式信號分配器典型應(yīng)用 有時現(xiàn)場儀表在配套時，由于協(xié)調(diào)不利，產(chǎn)生了如下情況，接收信號設(shè)備(例如接收4-20mA)接口連接為兩線制方式，也即接收口為一個24V電源與一個250Ω相串聯(lián).接口兩根線：一個為24V正極，一個為250Ω一端，適于連接現(xiàn)場兩線制變送器。假如現(xiàn)場設(shè)備為四線制變送器，輸出4-20mA。這樣進行直接連接將造成電源沖突。解決方法是采用隔離器將現(xiàn)場來的4-20mA接收并隔離，在隔離器的輸出部份接入一個標(biāo)準(zhǔn)的兩線制變送器，以應(yīng)對接收設(shè)備的接口。如圖三、 圖三 解決電源沖突的方案 隔離器要保證輸入/輸出兩個部分隔離，外加工作電源24V在為輸入、輸出部份供電同時，必須確保在電氣上與兩個部分隔離。這種輸入/輸出/外加工作電源之間全部相互隔離的器件常稱為三隔離或全隔離器件. 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24V電源供電，不會產(chǎn)生干擾。 如果處理4-20mA到4-20mA電流信號的隔離，這里推薦一種不用另外再加電源的隔離器WS1562。如圖四、 圖四 省去外接電源的電流隔離器 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。 WS1562的最大特點在于不需要外接電源,它帶來了簡捷可靠的優(yōu)點,但也帶來了使用上的局限性.WS1562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(nèi)部的功率損耗必不可少.損耗表現(xiàn)在輸入端和輸出端電流/電壓乘積的差值上。以負載電阻RL=250Ω為例，當(dāng)輸出為20mA時，輸出端250Ω上的電壓為5.0V,而輸入端的兩端間電壓測試為8.8V。簡單計算表明，內(nèi)部損耗等于20mA×（8.8V-5.0V）=76(mW),也即內(nèi)部損耗為76毫瓦.從使用者角度來看，假若輸出端負載電阻RL等于250Ω，那么從輸入端看進去的等效電阻最大值為8.8V/20mA=440（Ω）。換言之，在這種情況下輸入的4-20mA電流源必須具有驅(qū)動440Ω負載的能力，才能使WS1562無源隔離器在輸出端負載電阻RL等于250Ω條件下正常工作。不過,從經(jīng)驗來看大部分現(xiàn)場儀表能滿足這些條件。 從隔離角度看二線制變送器（含壓力、溫度、流量…），分為隔離式及非隔離式。采用隔離式二線制變送器的主要目的是提高抗干擾能力。 二線制變送器的隔離有兩種方式。一種方式傳感器和變送器一體而又必須放置在現(xiàn)場指定地點，對于這種情況一般把隔離器安置在中央控制室機柜中。對現(xiàn)場二線制變送器的電源配送有二種接口形式，要根據(jù)現(xiàn)場具體情況來定。圖五給出了針對PLC與二線制變送器兩種接口的連線圖。 圖五PLC兩種接口與隔離配電連接示意圖 另一種方式是傳感器和變送器分成二個部分，傳感器放置在現(xiàn)場指定地點,變送器制造成隔離式放置在控制室中。面對PLC兩種接口方式，圖六給出了以Pt100為傳感器的隔離變送器使用連線圖。附帶說一點，處理Pt100這類溫度變送器都考慮到了Pt100的長線補償及線性化處理。 圖六 二種隔離溫度變送器 隔離端子品種繁多,接口處也不盡相同,如何正確選擇是設(shè)計中的重要問題。圖七標(biāo)示出兩個端子排與外部儀表相連接圖。用以說明選擇方法。 圖七 隔離器選型示意圖之一 A、B表示向PLC輸送信號的外部儀表 C、D表示PLC、DCS及顯示儀表等接收信號設(shè)備 如果外部儀表為A方式，接收信號儀表為C方式，可以選用WS1522、WS1562信號隔離器。 如果外部儀表為A方式，接收信號儀表為D方式，可以選用能避免電源沖突的WS9030信號隔離器為宜。 如果外部儀表為B方式，接收信號儀表為C方式，選用隔離式配電器為宜。例如WS1525,它即可以為B供電，又解決了隔離問題。 如果外部儀表為B方式，接收信號儀表為D方式，未見有在市場上銷售的產(chǎn)品。不過經(jīng)過和生產(chǎn)廠家進行技術(shù)協(xié)商，一般能夠解決。 圖八 隔離器選型示意圖之二 圖八所示選擇相對簡單。例如輸入為Pt100或K偶接受設(shè)備為C方式，選用三隔離式WS9050,WS9060為宜。 若接收設(shè)備為D方式，選用兩線制隔離的WS2050、WS2060為宜。 總之，只要外部設(shè)備及接收設(shè)備方式確定了，選用就很簡單。 隔離器外型采用導(dǎo)軌安裝，接線采用接線式，這種方式亦稱隔離端子，適用安裝在機柜中。 在隔離端子電路前部安裝進口名牌IC(集成電路)公司的專用電路,實現(xiàn)溫度隔離變送,雖然比零件組裝式(諸如用廉價OPA)成本高，但在長期性能穩(wěn)定性、可靠性方面是零件組裝無法比擬的。引入優(yōu)質(zhì)元器件是隔離端子穩(wěn)定可靠的基本保證，同時專用IC在功能上諸如長線補償、恒流驅(qū)動、線性化性能齊備。 隔離端子設(shè)計日趨小型化，那么小型化的目的就是少占空間。當(dāng)然應(yīng)該允許用戶密集安裝，密集安裝就存在散熱問題。換句話講，必須降低內(nèi)部功耗。 現(xiàn)在市場出現(xiàn)了許多以CPU為核心的隔離端子，具有現(xiàn)場可編功能及通信功能，有很高的靈活性，對顧客來講可以減少庫存數(shù)量,降低資金積壓。以CPU為核心的隔離端子必定將成為這一領(lǐng)域主流。