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(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，甚至還有高達(dá)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(shè)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(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)備儀表的信號有一個共同的參考點，即共有一個“地”。進(jìn)一步講，所有設(shè)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(shè)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(shè)備儀表在不同環(huán)境受到的干擾不同，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1為例。 圖1 PLC與外接儀表示意圖 圖中標(biāo)明有兩個現(xiàn)場設(shè)備1＃、2＃儀表向PLC傳送信號以及PLC向兩臺現(xiàn)場設(shè)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(shè)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(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，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(shè)備儀表“地”沒關(guān)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(shè)備儀表信號之間隔離，即它們之間沒有“地”的關(guān)系。 　　 上面談了輸入信號和PLC信號的隔離，同樣PLC向外部設(shè)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。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稱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24V電源供電，不會產(chǎn)生干擾。 1、 ISO系列電流信號隔離放大器（I/I隔離轉(zhuǎn)換）應(yīng)用舉例 產(chǎn)品型號： 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電流信號的隔離，需要外接一個電源。輸入/輸出/外加工作電源之間全部相互隔離，實現(xiàn)了PLC與外部設(shè)備之間的隔離。隔離后的4-20mA驅(qū)動能力大大加強,因此可用于長線傳輸。I/I隔離轉(zhuǎn)換系列還可用于0-20mA與4-20mA電流信號之間的隔離轉(zhuǎn)換，0-1mA電流信號的放大等。 2、 ISO系列電流信號隔離放大器（I/V隔離轉(zhuǎn)換）應(yīng)用舉例 產(chǎn)品型號： ISO-A4-P1-O4 圖3 I/V隔離轉(zhuǎn)換 在工業(yè)現(xiàn)場,常常用4-20mA電流來傳送信號,而接收的設(shè)備如顯示儀表、計算機等卻需要0-5V電壓信號,使用隔離模塊ISO-A4-P1-O4可以很好的完成這個轉(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)換模塊可以滿足不同的轉(zhuǎn)換要求。 3、 ISO系列電壓信號隔離放大器（V/I隔離轉(zhuǎn)換）應(yīng)用舉例 產(chǎn)品型號： ISO-U1-P1-O1 圖4 V/I隔離轉(zhuǎn)換 有一些設(shè)備如傳感器之類總是要在離控制中心很遠(yuǎn)的地方，而這個設(shè)備的輸出是一個0-5V的電壓信號，直接把這個信號送給PLC肯定會產(chǎn)生很大的誤差，而且沒有隔離的信號還會對PLC產(chǎn)生干擾，影響整個系統(tǒng)。 V/I隔離轉(zhuǎn)換模塊ISO-U1-P1-O1可以將0-5V的電壓信號隔離轉(zhuǎn)換成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號，這樣設(shè)備的信號就可以很準(zhǔn)確地被PLC采集到。 4、 ISO系列電壓信號隔離放大器（V/V隔離轉(zhuǎn)換）應(yīng)用舉例 產(chǎn)品型號： ISO-U1-P1-O4 圖5 V/V隔離轉(zhuǎn)換 有時，要將一個電壓信號送到多個顯示設(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的電壓信號轉(zhuǎn)換成0-10V的電壓信號輸出，就可以選擇另一種V/V隔離轉(zhuǎn)換模塊ISO-U1-P1-O5，實現(xiàn)電壓信號的隔離變換。 5、 ISO系列兩線無源型4-20mA(0-20mA)電流環(huán)隔離應(yīng)用舉例 產(chǎn)品型號：ISO 4-20mA 圖6 兩線無源型4-20mA(0-20mA)電流環(huán)隔離 ISO 4-20mA常被用于4-20mA到4-20mA電流信號的隔離，省去了外接電源使接線更為簡捷，且功耗低、自身熱量低、可靠性高。ISO 4-20mA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)點同時也帶來了使用上的局限性。ISO 4-20mA對于4-20mA信號進(jìn)行的隔離傳送，從一個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8.2V。簡單計算表明，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410Ω負(fù)載的能力，才能使ISO 4-20mA無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,從經(jīng)驗來看大部分現(xiàn)場儀表能滿足這些條件。 6、 ISO 1002系列模擬小信號隔離放大器 圖7 小信號隔離放大器 工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常遇到干擾或是現(xiàn)場信號與接受設(shè)備之間的信號不匹配，造成不能正常信號采集或系統(tǒng)控制。此時需要信號調(diào)理/轉(zhuǎn)換，把非標(biāo)準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)或設(shè)備接受的標(biāo)準(zhǔn)信號如：0-5V、4-20mA等。而ISO 1002系列隔離放大器可以將毫伏級的電壓信號變換成標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號/電流信號輸出（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，供用戶擴(kuò)展用。通過外加一些簡單電路，用戶可以調(diào)整輸入和輸出，實現(xiàn)各種信號之間的轉(zhuǎn)換。更加具體的用法請參見ISO 1001系列、ISO 1002系列產(chǎn)品的使用說明。