生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視和控制要用到多種自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)及相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。過(guò)程中的信號(hào)既有微弱到毫伏級(jí)的小信號(hào),又有數(shù)十伏的大信號(hào)，甚至還有高達(dá)數(shù)千伏、數(shù)百安培的信號(hào)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)備儀表間的互相干擾就成為系統(tǒng)調(diào)試中必須要解決的問(wèn)題。除了電磁屏蔽之外，解決各種設(shè)備儀表的“地”，即信號(hào)參考點(diǎn)的電位差，將成為重要課題。因?yàn)椴煌O(shè)備、儀表的信號(hào)要互傳互送，那就存在信號(hào)參考點(diǎn)問(wèn)題。換句話(huà)說(shuō)，要使信號(hào)完整傳送，理想化的情況是所有設(shè)備儀表的信號(hào)有一個(gè)共同的參考點(diǎn)，即共有一個(gè)“地”。進(jìn)一步講，所有設(shè)備儀表信號(hào)的參考點(diǎn)之間電位差為“零”。但是在實(shí)際環(huán)境中，這一點(diǎn)幾乎是不可能的，這里面除了各個(gè)設(shè)備儀表“地”之間的連線(xiàn)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)境受到的干擾不同，以及導(dǎo)線(xiàn)接點(diǎn)經(jīng)受風(fēng)吹雨淋導(dǎo)致接點(diǎn)質(zhì)量下降等諸多因素，致使各個(gè)“地”之間有差別。以示意圖1為例。 圖1 PLC與外接儀表示意圖 圖中標(biāo)明有兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備1＃、2＃儀表向PLC傳送信號(hào)以及PLC向兩臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備3＃、4＃儀表發(fā)出信號(hào)。假定傳送信號(hào)均為0-10VDC。理想情況下PLC及兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備1＃、2＃儀表“地”電位完全相等，傳送過(guò)程中又沒(méi)有干擾。這樣從PLC輸入來(lái)看，接收正確。但如前所述，兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通常有“地”電位差。舉例來(lái)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(hào)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(shí)1#、2#設(shè)備的“地”線(xiàn)在PLC匯合聯(lián)接，將0.1V電壓施加在PLC地線(xiàn)條上，可能損壞PLC局部“地”線(xiàn)。同時(shí)顯示錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。由此引起的問(wèn)題在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中屢有出現(xiàn)。例如某大型建材公司生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)使用美國(guó)AB-PLC外接國(guó)內(nèi)某廠家手操器。AB-PLC的每個(gè)數(shù)據(jù)采集板由八個(gè)通道組成，八個(gè)通道共用一個(gè)12位A/D，模擬量經(jīng)過(guò)變換后由12個(gè)光耦隔離器實(shí)現(xiàn)與主機(jī)隔離。它的八個(gè)通道輸入之間沒(méi)有隔離，致使在輸入信號(hào)時(shí)，每個(gè)通道單獨(dú)輸入到采集板均正常。但是同時(shí)輸入兩個(gè)或多于兩個(gè)外部信號(hào)時(shí)，顯示數(shù)字亂跳故障無(wú)法排除。又如航天某部門(mén)使用K型熱偶作為傳感器測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)各點(diǎn)溫度。同上述相似，僅測(cè)試一個(gè)點(diǎn)時(shí)正常。但是向主機(jī)接入兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上溫度信號(hào)時(shí)，顯示的溫度值明顯錯(cuò)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(gè)作用，就是它具有使輸入/輸出在電氣上完全隔離的特點(diǎn)。換句話(huà)講，輸入/輸出之間沒(méi)有共同“地”，外來(lái)信號(hào)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(shè)備儀表“地”沒(méi)關(guān)系。正是由于這個(gè)原因，也實(shí)現(xiàn)了輸入到PLC主機(jī)的多個(gè)外接設(shè)備儀表信號(hào)之間隔離，即它們之間沒(méi)有“地”的關(guān)系。 　　 上面談了輸入信號(hào)和PLC信號(hào)的隔離，同樣PLC向外部設(shè)備輸出信號(hào)也有類(lèi)似現(xiàn)象問(wèn)題。顯然采用隔離器就能解決問(wèn)題。隔離器要保證輸入/輸出兩個(gè)部分隔離，外加工作電源24V在為輸入、輸出部份供電同時(shí)，必須確保在電氣上與兩個(gè)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稱(chēng)為三隔離或全隔離器件。采用這種供電方式,不管隔離器數(shù)量多少，均可用一臺(tái)24V電源供電，不會(huì)產(chǎn)生干擾。 1、 ISO系列電流信號(hào)隔離放大器（I/I隔離轉(zhuǎn)換）應(yīng)用舉例 產(chǎn)品型號(hào)： ISO-A4-P1-O1 圖2 I/I隔離轉(zhuǎn)換 ISO-A4-P1-O1模塊用于4-20mA到4-20mA電流信號(hào)的隔離，需要外接一個(gè)電源。輸入/輸出/外加工作電源之間全部相互隔離，實(shí)現(xiàn)了PLC與外部設(shè)備之間的隔離。隔離后的4-20mA驅(qū)動(dòng)能力大大加強(qiáng),因此可用于長(zhǎng)線(xiàn)傳輸。I/I隔離轉(zhuǎn)換系列還可用于0-20mA與4-20mA電流信號(hào)之間的隔離轉(zhuǎn)換，0-1mA電流信號(hào)的放大等。 2、 ISO系列電流信號(hào)隔離放大器（I/V隔離轉(zhuǎn)換）應(yīng)用舉例 產(chǎn)品型號(hào)： ISO-A4-P1-O4 圖3 I/V隔離轉(zhuǎn)換 在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),常常用4-20mA電流來(lái)傳送信號(hào),而接收的設(shè)備如顯示儀表、計(jì)算機(jī)等卻需要0-5V電壓信號(hào),使用隔離模塊ISO-A4-P1-O4可以很好的完成這個(gè)轉(zhuǎn)換，而且輸出的是穩(wěn)定隔離的0-5V。當(dāng)然，選擇不同的I/V隔離轉(zhuǎn)換模塊可以滿(mǎn)足不同的轉(zhuǎn)換要求。 3、 ISO系列電壓信號(hào)隔離放大器（V/I隔離轉(zhuǎn)換）應(yīng)用舉例 產(chǎn)品型號(hào)： ISO-U1-P1-O1 圖4 V/I隔離轉(zhuǎn)換 有一些設(shè)備如傳感器之類(lèi)總是要在離控制中心很遠(yuǎn)的地方，而這個(gè)設(shè)備的輸出是一個(gè)0-5V的電壓信號(hào)，直接把這個(gè)信號(hào)送給PLC肯定會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，而且沒(méi)有隔離的信號(hào)還會(huì)對(duì)PLC產(chǎn)生干擾，影響整個(gè)系統(tǒng)。 V/I隔離轉(zhuǎn)換模塊ISO-U1-P1-O1可以將0-5V的電壓信號(hào)隔離轉(zhuǎn)換成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，這樣設(shè)備的信號(hào)就可以很準(zhǔn)確地被PLC采集到。 4、 ISO系列電壓信號(hào)隔離放大器（V/V隔離轉(zhuǎn)換）應(yīng)用舉例 產(chǎn)品型號(hào)： ISO-U1-P1-O4 圖5 V/V隔離轉(zhuǎn)換 有時(shí)，要將一個(gè)電壓信號(hào)送到多個(gè)顯示設(shè)備上，又不希望這些顯示設(shè)備之間互相干擾、或是顯示設(shè)備干擾到輸出設(shè)備，就可以使用V/V隔離轉(zhuǎn)換模塊ISO-U1-P1-O4，保證每個(gè)顯示設(shè)備都有穩(wěn)定的0-5V電壓。當(dāng)然，如果需要將0-5V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成0-10V的電壓信號(hào)輸出，就可以選擇另一種V/V隔離轉(zhuǎn)換模塊ISO-U1-P1-O5，實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的隔離變換。 5、 ISO系列兩線(xiàn)無(wú)源型4-20mA(0-20mA)電流環(huán)隔離應(yīng)用舉例 產(chǎn)品型號(hào)：ISO 4-20mA 圖6 兩線(xiàn)無(wú)源型4-20mA(0-20mA)電流環(huán)隔離 ISO 4-20mA常被用于4-20mA到4-20mA電流信號(hào)的隔離，省去了外接電源使接線(xiàn)更為簡(jiǎn)捷，且功耗低、自身熱量低、可靠性高。ISO 4-20mA的最大特點(diǎn)在于不需要外接電源,它帶來(lái)了簡(jiǎn)捷可靠的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)也帶來(lái)了使用上的局限性。ISO 4-20mA對(duì)于4-20mA信號(hào)進(jìn)行的隔離傳送，從一個(gè)意義上講是功率傳送，內(nèi)部肯定有功率損耗。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(fù)載電阻RL=250Ω為例，當(dāng)輸出為20mA時(shí)輸出端250Ω上的電壓為5.0V，而輸入端的兩端間電壓測(cè)試為8.2V。簡(jiǎn)單計(jì)算表明，內(nèi)部損耗等于20mA×(8.2V-5.0V)=64(mW)，也即內(nèi)部損耗為64毫瓦。從使用者角度來(lái)看，假若輸出端負(fù)載電阻RL等于250Ω，那么從輸入端看進(jìn)去的等效電阻最大值為8.2V/20mA=410（Ω）。在這種情況下輸入的4-20mA電流源必須具有驅(qū)動(dòng)410Ω負(fù)載的能力，才能使ISO 4-20mA無(wú)源隔離器在輸出端負(fù)載電阻RL等于250Ω條件下正常工作。不過(guò),從經(jīng)驗(yàn)來(lái)看大部分現(xiàn)場(chǎng)儀表能滿(mǎn)足這些條件。 6、 ISO 1002系列模擬小信號(hào)隔離放大器 圖7 小信號(hào)隔離放大器 工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常遇到干擾或是現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與接受設(shè)備之間的信號(hào)不匹配，造成不能正常信號(hào)采集或系統(tǒng)控制。此時(shí)需要信號(hào)調(diào)理/轉(zhuǎn)換，把非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)或設(shè)備接受的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)如：0-5V、4-20mA等。而ISO 1002系列隔離放大器可以將毫伏級(jí)的電壓信號(hào)變換成標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)/電流信號(hào)輸出（圖7所示）。ISO 1001系列、ISO 1002系列產(chǎn)品可以向外提供兩組隔離電源，供用戶(hù)擴(kuò)展用。通過(guò)外加一些簡(jiǎn)單電路，用戶(hù)可以調(diào)整輸入和輸出，實(shí)現(xiàn)各種信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。更加具體的用法請(qǐng)參見(jiàn)ISO 1001系列、ISO 1002系列產(chǎn)品的使用說(shuō)明。