信號隔離器之簡易原理

信號隔離器之簡易原理

生產過程監視和控制要用到多種自動化儀錶、電腦及相應執行機構。過程中的信號既有微弱到毫伏級的小信號 ,又有數十伏的大信號，甚至還有高達數千伏、數百安培、有直流低頻範圍的，也有高頻/脈衝尖峰的信號，設備儀錶間的互相干擾就成為系統調試中必須要解決的問題。除了電磁遮罩之外，解決各種設備儀錶的“地”（即信號參考點的電位差）將成為重要課題。 因為不同設備、儀錶的信號要互傳互送，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備儀錶的信號有一個共同的參考點，即共有一個“地”。進一步講，所有設備儀錶信號的參考點之間電位差為“零”。但是在實際環境中，這一點幾乎是不可能的，這裏面除了各個設備儀錶“地”之間的連線電阻產生的電壓降之外，尚有各種設備儀錶在不同環境受到的干擾不同，以及導線接點經受風吹雨淋導致接點質量下降等諸多因素，致使各個“地”之間有差別。 以示意圖一為例。

圖中標明有兩個現場設備1＃、2＃向PLC傳送信號以及PLC向兩台現場設備3＃、4＃發出信號。假定傳送信號均為0-10VDC。理想情況下PLC及兩個現場設備1＃、2＃“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，兩個現場設備通常有“地”電位差。舉例來講，1#設備“地”與PLC“地”同電位，2#設備比它們的“地”電位高0.1V，這樣1#設備給PLC的信號為0-10V，而2#設備給PLC的為0.1V-10.1V,誤差就產生了.同時1#、2#設備的“地”線在PLC匯合聯接，將0.1V電壓施加在PLC地線條上，可能損壞PLC局部“地”線。同時顯示錯誤的資料。由此引起的問題在現場調試中屢有出現。例如PLC的每個資料獲取板由多個通道組成，多個通道共用一個12位A/D，模擬量經過變換後由12個光耦隔離器實現與主機隔離。它的多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採集板均正常。但是同時輸入多個外部信號時，顯示數位亂跳故障無法排除。這兩種情況在使用隔離器後，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經隔離後均為0-10V。即隔離後新建立的“地”與外部設備儀錶“地”沒關係。正是由於這個原因，也實現了輸入到PLC主機的多個外接設備儀錶信號之間隔離，即它們之間沒有“地”的關係。 上面談了輸入信號和PLC信號的隔離，同樣PLC向外部設備輸出信號也有類似現象問題。顯然採用隔離器就能解決問題。 不管 PLC向外部設備儀錶發送信號，還是外部設備儀錶向其他設備發送信號，有一種情況經常遇到：要求一個信號即能向顯示儀錶輸送信號，又能傳送給諸如變頻器之類的設備。這就有可能在兩個設備之間產生干擾，若要徹底解決干擾問題，推薦使用隔離式信號分配器，它的二個輸出之間也是隔離的。它能實現輸入信號與外部設備隔離，同時實現接收信號設備之間隔離。

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