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  行业资讯
智能隔离器作用原理
2012-1-6 10:38:51

原理:

        在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构,它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、微安级的小信号,又有几十伏,

甚至数千伏、数百安培的大信号;既有低频直流信号,也有高频脉冲信号等等,构成系统后往往发现在仪表和设备之间信号传输互相干扰,造成系统不稳定甚至

误操作。出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外,还有一个十分重要的因素就是由于仪表和设备之间的信号参考点之间存在电势

差,因而形成“接地环路”造成信号传输过程中失真。因此,要保证系统稳定和可靠的运行,“接地环路”问题是在系统信号处理过程中必须解决的问题。

 
  解决“接地环路”的方法

 
  根据理论和实践分析,有三种解决方案:

 
  第一种方案:所有现场设备不接地,使所有过程环路只有一个接地点,不能形成回路,这种方法看似简单,但在实际应用中往往很难实现,因为某些设备要求必须接

地才能保证测量精度或确保人生安全,某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。

 
  第二种方案:使两接地点的电势相同,但由于接地点的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响,这种方案其实在实际中无法完全能做到。

         第三种方案:在各个过程环路中使用信号隔离方法,断开过程环路,同时又不影响过程信号的正常传输,从而彻底解决接地环路问题。

 
智能隔离器抗干扰措施
 
  供电系统的抗干扰设计

      对传感器、仪器仪表正常工作危害最严重的是电网尖峰脉冲干扰,产生尖峰干扰的用电设备有:电焊机、大电机、可控机、继电接触器、带镇流器的充气照明灯,

甚至等。尖峰干扰可用硬件、软件结合的办法来抑制。 

 
  干扰控制器 

 
  (1)用硬件线路抑制尖峰干扰的影响 常用办法主要有三种: 

 
  ①在仪器交流电源输入端串入按频谱均衡的原理设计的干扰控制器,将尖峰电压集中的能量分配到不同的频段上,从而减弱其破坏性; 

 
  ②在仪器交流电源输入端加超级隔离变压器,利用铁磁共振原理抑制尖峰脉冲; 

 
  ③在仪器交流电源的输入端并联压敏电阻,利用尖峰脉冲到来时电阻值减小以降低仪器从电源分得的电压,从而削弱干扰的影响。 

 
  (2)利用软件方法抑制尖峰干扰 对于周期性干扰,可以采用编程进行时间滤波,也就是用程序控制可控硅导通瞬间不采样,从而有效地消除干扰。(3)采用硬、软件结合

的看门狗(watchdog)技术抑制尖峰脉冲的影响 软件:在定时器定时到之前,CPU访问一次定时器,让定时器重新开始计时,正常程序运行,该定时器不会产生溢出脉冲,

watchdog也就不会起作用。一旦尖峰干扰出现了“飞程序”,则CPU就不会在定时到之前访问定时器,因而定时信号就会出现,从而引起系统复位中断,保证智能仪器回到

正常程序上来。 

 
  (4)实行电源分组供电,例如:将执行电机的驱动电源与控制电源分开,以防止设备间的干扰。 

 
  (5)采用噪声滤波器也可以有效地抑制交流伺服驱动器对其它设备的干扰。该措施对以上几种干扰现象都可以有效地抑制。

 
技术特点
 
  信号智能隔离器采用了先进的数字化技术,在对高、低频干扰信号的抑制方面均有着优异表现,即使在大功率变频控制系统中依然能够可靠应用,内部采用数字

化调校、无零点及满度电位器、自动动态校准零点、温度漂移自动补偿等诸多先进技术,并符合IEC61000-4-4:1995中所规定的第四类(恶劣工业现场)环境对产品的抗电磁

干扰要求,这一系列技术的应用使产品的稳定性及可靠性得到科学的保证。以上各项技术领先国际先进水平。

 

 
  信号隔离器可以与单元组合仪表及DCS、PLC等系统配套使用,在油田、石化、制造、电力、冶金等行业的重大工程中有着广泛应用。

 
 
智能隔离器的供电方式
 
  1、

独立供电的隔离器:

 
  需要配备独立20~35VDC的直流电源。这种方式的优点是隔离传输精度高;电源、输入、输出之间完全隔离,多路系统供电电源不需隔离,可保证高抗干扰性能,

输入信号可以变换为其它类型的型号。

 
  2、回路供电的隔离器 在实际工业监控系统中,DCS、PLC或其他显示仪表具有卡件内部供电的使用越来越广泛。回路供电型隔离器又往往不能满足这些卡件对信号

隔离传输精度要求高和二线制变送器配电电压要求高的条件。因此,输出回路供电型的隔离器既保留了独立供电型隔离器的优越性能,又满足输出回路供电接口的要求。 


 
      
  智能隔离器的作用原理


1:系统产生干扰的原因  (1)地环流干扰

 
  在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种 自动化 仪表、控制系统和执行机构,他们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、毫安级的小信号;又有几十伏,

数千伏、数百安培的大信号;既有低频直流信号,也有高频脉冲信号等等,构成系统后往往发现在仪表和设备之间传输相互干扰,造成系统不稳定甚至误操作,出现这种情况

除了每个仪器、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响,还有一个十分重要的原因就是各种仪器设备根据要求和目的都需要接地,例如为了安全,机壳需要接大地;为了使电路

正常工作,系统需要有公共参考点;为了抑制干扰加屏蔽罩,屏蔽罩也需要接地,但是由于仪表和设备之间的参考点之间存在电势差(也就是各设备的共地点不同)因而形成“地

环流”、“接地环流”问题是在系统处理信号过程中必须解决的问题。

 
  (2)自然干扰

 
  雷电是一种主要的自然干扰源,雷电产生的干扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电干扰的时域波形是叠加在一串随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲。宇宙噪音是电

离辐射产生的,在一天中不断变化。太阳噪音则随着太阳活动情况的剧烈变化。自然界噪声主要会对通讯产生干扰,而雷电能量尖蜂脉冲可以对很多设备造成损坏,应该加以避免

或降低损坏程度,减少损失。

 
  (3)人为干扰

 
  电磁干扰产生的根本原因是导体中有电压或电流的变化,即较大dv/dt或di/dt.dv/dt或di/dt能够使导体产生电磁波辐射。一方面,人们可以利用这一特点实现特定功能,

例如,无限通信、雷达或其他功能,另一方面,电子设备在工作时,由于导体中的dv/dt或di/dt会产生伴随电磁辐射。无论主观上出于什么目的,客观上对电磁环境造成了污染。

还有工厂企业在生产过程中会经常有一些大型的设备(电机、 变频器 )频繁开关,他们也会造成一些容性、感性的干扰,也将影响仪器仪表正常显示或采集。凡是有电压电流突

变的场合,肯定会有电磁干扰存在。数字脉冲电路就是一种典型的干扰源,随着电子技术的广泛应用,电磁污染情况会越来越严重

2:解决各种干扰的方法  首先干扰的三要素是干扰源、敏感源和耦合路径,这三要素缺少一个,电磁兼容问题都不会存。因此要从这三要素入手。找出最方便的解决办法,

一般干扰源和敏感源是没办法解决的,通常是从耦合路径想办法,也是最常用的办法。如加屏蔽、加滤波等手段。而处理地环流最为常见也最为麻烦,现在以此为探讨话题。

 
  (1)第一种方法:所有现场设备不接地,使所有过程环路只有一个接地点,不能形成回路,这种方法看似简单。但实际应用中往往很难实现,因为某些设备要求必须接地才

能保证测量精度或人身安全,某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。

 
  (2)第二种方法:使两接地点的电势相同(如图1所示,使V1=V2),但由于接地的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响,这种方法其实在实际中也无法完全能做到。

 
  (3)第三种方法:在各个过程环节中使用信号隔离器,断开过程环路,同时 又不影 响过程信号的正常传输,从而彻底解决地环路的问题

3:采用智能隔离器的优越性  在各个过程环路中使用信号隔离办法可以用DCS或PLC等隔离卡件或者现场带隔离的变送器(部分设备可以做到),也可以用智能隔离器来实现。

比较起来,用智能隔离器有以下优点:

 
  ·绝大部分情况,采用信号隔离器+非隔离卡件比采用隔离卡件便宜

 
  ·智能隔离器比隔离卡件在隔离能力、抗电磁干扰等方面性能更加优越

 
  ·智能隔离器应用灵活,而且它还有信号转换和信号分配及接口转换等功能,使用起来更加方便

 
  ·智能隔离器通常有单通道、双通道、通道间相互完全独立,构成系统的配置、日常维护更加方便