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隔離器功能
1.保護(hù)下級(jí)的控制回路。
2.消弱環(huán)境噪聲對(duì)測(cè)試電路的影響。
3.抑制公共接地、變頻器、電磁閥及不明脈沖對(duì)設(shè)備的干擾;同時(shí)對(duì)下級(jí)設(shè)備具有限壓、額流的功能是變送器、儀表、變頻器、電磁閥PLC/DCS輸入輸出及通訊接口的忠實(shí)防護(hù)。
可有效的隔離:輸入、輸出和電源及大地之間的電位。能夠克服變頻器噪聲及各種高低頻脈動(dòng)干擾。
主要類(lèi)型
1、隔離器
工業(yè)生產(chǎn)中為增加儀表負(fù)載能力并保證連接同一號(hào)的儀表之間互不干擾,提高電氣性能。需要將輸入的電壓、電流或頻率、電阻等號(hào)進(jìn)行采集、放大、運(yùn)算、和進(jìn)行抗干擾處理后,再輸出隔離的電流和電壓號(hào),的送給二次儀表或plc\dcs使用。
2、配電器
工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)一般需要采用兩線制傳輸方式,既要為變送器等一次儀表提供24V配電電源,同時(shí)又要對(duì)輸入的電流號(hào)進(jìn)行采集、放大、運(yùn)算、和進(jìn)行抗干擾處理后,再輸出隔離的電流和電壓號(hào),供后面的二次儀表或其它儀表使用。
3、柵
一些特殊的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)(如燃?xì)夤竞突S)不但需要兩線制傳輸,既提供配電電源又有號(hào)隔離功能,同時(shí)還需要具有火花防爆的性能,可靠地遏制電源功率、防止電源、號(hào)及地之間的點(diǎn)火,限流、降壓雙重限制號(hào)及電源回路,把進(jìn)入危險(xiǎn)場(chǎng)所的能量限制在定額范圍內(nèi)。
號(hào)隔離器位于二個(gè)系統(tǒng)通道之間,所以選擇隔離器首先要確定輸入輸出功能,同時(shí)要使隔離器輸入輸出模式(電壓型、電流型、環(huán)路供電型等)適應(yīng)前后端通道接口模式。此外尚有精度﹑功耗﹑噪音﹑絕緣強(qiáng)度﹑總線通訊功能等許多重要參數(shù)涉及產(chǎn)品性能,例如噪音與精度有關(guān)、功耗熱量與可靠性有關(guān),這些需要使用者慎選。總之,適用、可靠、產(chǎn)品性?xún)r(jià)比是選擇隔離器的主要原則。
注意事項(xiàng)
由于生產(chǎn)廠家不同,對(duì)隔離器的生產(chǎn)工藝、接線定義也不都相同,但使用場(chǎng)合基本相同,所以對(duì)產(chǎn)品的防護(hù)要求及維護(hù)基本相同。
1. 使用前應(yīng)詳細(xì)閱讀說(shuō)明書(shū)。
2. 作為號(hào)隔離使用時(shí),應(yīng)將輸入端串入環(huán)路電路中,輸出端接取樣回路。
3. 作為隔離配電使用時(shí),應(yīng)將輸入端并入電源電路中,輸出端接變送器。
4. 若不正常工作應(yīng)先檢查接線是否正確,注意電源有無(wú)及極性反正。
隔離器位于二個(gè)系統(tǒng)通道之間,所以選擇隔離器首先要確定輸入輸出功能,同時(shí)要使隔離器輸入輸出模式(電壓型、電流型、環(huán)路供電型等)適應(yīng)前后端通道接口模式。此外尚有精度﹑功耗﹑噪音﹑絕緣強(qiáng)度﹑總線通訊功能等許多重要參數(shù)涉及產(chǎn)品性能,例如噪音與精度有關(guān)、功耗熱量與可靠性有關(guān),這些需要使用者慎選。總之,適用、可靠、產(chǎn)品性?xún)r(jià)比是選擇隔離器的主要原則。
DCS接收到的現(xiàn)場(chǎng)二線制壓力變送器號(hào)不穩(wěn)定,怎么解決?
二線制變送器在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中使用頻度較高,與其他工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相同,二線制變送器也存在受干擾及抗干擾的問(wèn)題。依據(jù)DCS模擬板接口模式(電流型或環(huán)路供電型)選用功能不同的隔離配電器,原則上要求它既能給變送器提供隔離電源、保證每個(gè)變送器有一個(gè)獨(dú)立電源,又能將變送器號(hào)隔離輸送到DCS。
PLC模擬板接口是二線回路供電方式的,而且需要對(duì)號(hào)進(jìn)行隔離,應(yīng)該怎樣選用產(chǎn)品呢?
二線回路供電方式是一種常見(jiàn)模擬接口。與這個(gè)接口相適合的產(chǎn)品稱(chēng)為二線制回路隔離系列產(chǎn)品。這種隔離變送器內(nèi)部的隔離器件均采用變壓器方式,一方面?zhèn)鬟f了號(hào),另一方面也將供電端的電能傳送到輸入部份,使輸入部分的各種電路能正常工作。該系列中有處理Pt100、Cu50、熱偶等溫度傳感器的二線制溫度隔離式變送器,也有處理電壓、電流號(hào)的日本M-system公司的B5VS、B5RS、B5TS以及德國(guó)weidmuller公司的產(chǎn)品。
有幾種常用二線制配電器?請(qǐng)舉例。
常用的二線制隔離配電器有兩個(gè)系列品種可以選擇。兩個(gè)系列產(chǎn)品的共同點(diǎn)是均能通過(guò)外部供電電源經(jīng)隔離后給兩線制變送器提供一個(gè)獨(dú)立的隔離電源;區(qū)別有二點(diǎn),需要一個(gè)單獨(dú)電源供電,這個(gè)電源與輸入/輸出都隔離。MHM-05系列無(wú)須單獨(dú)電源供電,它只有輸入/輸出端,不需要電源供電。輸出的4~20mA面對(duì)接口是電阻負(fù)載。選擇無(wú)源隔離器產(chǎn)品的為現(xiàn)場(chǎng)變送器配電所配PLC、DCS模擬量輸入端模式給現(xiàn)場(chǎng)安裝會(huì)帶來(lái)很大的方便.。
低功耗是電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)永無(wú)止境的追求,伴隨技術(shù)的發(fā)展,目前隔離器和柵的功耗與過(guò)去相比,已經(jīng)減小許多,性能和技術(shù)指標(biāo)也得到提高。
產(chǎn)品的功耗是各個(gè)功能單元功耗的總和,只有降低各個(gè)功能單元的功耗才能使得總得功耗降低,增加產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性和壽命。隔離器和柵由輸入、輸出、隔離、電源、等單元構(gòu)成,其中單元是無(wú)源的限壓限流網(wǎng)絡(luò),技術(shù)上進(jìn)行低功耗改進(jìn)的可能性非常小。主要在輸入、輸出、電源、隔離四個(gè)單元進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。
1、 輸出單元模塊的自適應(yīng)負(fù)載技術(shù)
輸出模塊可以根據(jù)負(fù)載的大小動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出模塊的輸出功率,從而減少自身的發(fā)熱。傳統(tǒng)的負(fù)載設(shè)計(jì)是根據(jù)額定負(fù)載的大小設(shè)計(jì)輸出功率,當(dāng)輸出負(fù)載非常小時(shí),多余的負(fù)載功率就耗散在儀表內(nèi)部,從而時(shí)儀表自身發(fā)熱。假設(shè)一臺(tái)隔離器的輸出負(fù)載設(shè)計(jì)為750歐姆,那么輸出驅(qū)動(dòng)功率一般設(shè)計(jì)為0.5W。如果在實(shí)際應(yīng)用中此隔離器的負(fù)載使用在50歐姆的環(huán)境下,那么就有 0.5W – 0.02W = 0.48W的功率轉(zhuǎn)換為儀表自身的發(fā)熱。如果時(shí)多路輸出將產(chǎn)生更多的熱量,而降低輸出模塊的額定功率在實(shí)際應(yīng)用中又難以應(yīng)付市場(chǎng)的復(fù)雜狀況。
自適應(yīng)負(fù)載技術(shù)很好的解決了這個(gè)矛盾,此技術(shù)的原理圖示如下:
下表是對(duì)比的測(cè)試數(shù)據(jù):
測(cè)試條件:電源24DC;負(fù)載變化 50歐姆~750歐姆
輸出模塊類(lèi)型 標(biāo)準(zhǔn)輸出模塊自適應(yīng)負(fù)載輸出模塊
模塊的耗散功率(50Ω) 320mW 10mW
模塊的耗散功率(250Ω) 220mW 10mW
模塊的耗散功率(500Ω) 120mW 10mW
模塊的耗散功率(750Ω) 20mW 10mW
從上表可以看到:自適應(yīng)負(fù)載技術(shù)使得模塊的耗散功率是恒定在一個(gè)很低的水平,不會(huì)受到負(fù)載變化的影響。
負(fù)荷檢測(cè)可以根據(jù)負(fù)載的大小調(diào)整輸出功率,極大的減少了輸出模塊的發(fā)熱,用戶(hù)在定貨時(shí)無(wú)須說(shuō)明負(fù)載大小,極大的方便了用戶(hù)的使用和緩解了庫(kù)存壓力。
2、 隔離單元模塊的低功耗改進(jìn)
隔離單元是決定產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的重要單元。
目前隔離技術(shù)主要有磁隔離與光隔離兩大類(lèi)。隔離電路形式有直接調(diào)制耦合,反饋調(diào)制耦合等多種形式,具體采用什么形式要根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)而定。 總的來(lái)講可以大致分為開(kāi)關(guān)量號(hào)采用光隔離,模擬量號(hào)采用磁隔離的方式。從技術(shù)復(fù)雜程度來(lái)看,磁隔離比光隔離處理技術(shù)復(fù)雜,采用磁隔離技術(shù), 設(shè)計(jì)者可以根據(jù)技術(shù)指標(biāo)采用合適的設(shè)計(jì)方案,隔離的線性、精度可以根據(jù)產(chǎn)品要求靈活控制。而光隔離的線性、精度只能依賴(lài)器件廠家提供的技術(shù)指標(biāo), 設(shè)計(jì)人員可以調(diào)整的方式很少,也不可能超過(guò)廠家提供的技術(shù)指標(biāo)。由于功耗大,光電隔離也不能實(shí)現(xiàn)無(wú)源隔離。北京國(guó)電中自電氣有限公司采用電流互感模式、電流互感反饋模式、 電壓互感模式、電壓互感反饋模式、電流互感功率補(bǔ)償模式等多種磁隔離方式。根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)選擇不同的磁隔離模式。
上述隔離模式中,電流互感功率補(bǔ)償模式是功耗低的模式,目前在新一代的無(wú)源隔離柵中使用,在保證技術(shù)指標(biāo)的同時(shí),降低了隔離單元的功耗。
3、電源模塊
電源的技術(shù)指標(biāo)是基礎(chǔ),決定產(chǎn)品的性能。目前流行的電源拓?fù)湫问诫m然非常多,也很成熟。但我們?cè)诟綦x器和柵的電源設(shè)計(jì)中進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新,目前采用的參數(shù)式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)獲得了的發(fā)明專(zhuān)利。根據(jù)隔離器和柵的特點(diǎn),參數(shù)式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓穩(wěn)壓電源了效率,降低了電源的復(fù)雜程度。從工藝和成本上得到改進(jìn),減少了產(chǎn)品的故障率。
三、無(wú)源隔離器和柵
傳統(tǒng)的隔離器和柵均為有源,需要外接24V直流電源。而無(wú)源隔離器和柵不需要外接24V直流電源,接線數(shù)量減少了三分之一,降低了安裝和維護(hù)難度。因此,無(wú)源隔離器和柵的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,特別是在DCS和PLC系統(tǒng)的接口應(yīng)用中,普遍采用無(wú)源隔離器和柵的設(shè)計(jì)模式
無(wú)源隔離器和柵的示意圖:
無(wú)源隔離器和柵是指無(wú)須外接24V直流電源,其工作所需要的能量來(lái)源于表示號(hào)的4 ~ 20mA電流。因此,無(wú)源隔離器和柵的功耗必須非常小,是一種功耗的設(shè)計(jì)應(yīng)用。更低的功耗和更高的輸入、輸出線性是衡量無(wú)源隔離器和柵的關(guān)鍵指標(biāo)。
湛江徐聞溫州盾開(kāi)電氣有限公司恪守以人為本、尊重知識(shí)、尊重個(gè)性的管理理念;倡導(dǎo)創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)合作精神;實(shí)施科技為本、發(fā)展實(shí)業(yè)的經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略;堅(jiān)持誠(chéng)實(shí)信用、互利互惠的經(jīng)營(yíng)原則;樹(shù)立企業(yè)在湛江徐聞--電涌保護(hù)器,信號(hào)隔離器競(jìng)爭(zhēng)中生存,在競(jìng)爭(zhēng)中發(fā)展的市場(chǎng)意識(shí)。
實(shí)行電源分組供電,例如:將執(zhí)行電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源與控制電源分開(kāi),以防止設(shè)備間的干擾。
(5)采用噪聲濾波器也可以有效地抑制交流伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)其它設(shè)備的干擾。該措施對(duì)以上幾種干擾現(xiàn)象都可以有效地抑制。
(6)采用隔離變壓器。考慮到高頻噪聲通過(guò)變壓器主要不是靠初、次級(jí)線圈的互感耦合,而是靠初、次級(jí)寄生電容耦合的,因此隔離變壓器的初、次級(jí)之間均用屏蔽層隔離,減少其分布電容,以提高抵抗共模干擾能力。
(7)采用高抗干擾性能的電源,如利用頻譜均衡法設(shè)計(jì)的高抗干擾電源。這種電源抵抗隨機(jī)干擾非常有效,它能把高尖峰的擾動(dòng)電壓脈沖轉(zhuǎn)換成低電壓峰值(電壓峰值小于TTL電平)的電壓,但干擾脈沖的能量不變,從而可以提高傳感器、儀器儀表的抗干擾能力。
低功耗
產(chǎn)品的功耗是各個(gè)功能單元功耗的總和,只有降低各個(gè)功能單元的功耗才能使得總得功耗降低,增加產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性和壽命。隔離器主要在輸入、輸出、電源、隔離四個(gè)單元進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。
1、 輸出單元模塊的自適應(yīng)負(fù)載技術(shù)
輸出模塊可以根據(jù)負(fù)載的大小動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出模塊的輸出功率,從而減少自身的發(fā)熱。傳統(tǒng)的負(fù)載設(shè)計(jì)是根據(jù)額定負(fù)載的大小設(shè)計(jì)輸出功率,當(dāng)輸出負(fù)載非常小時(shí),多余的負(fù)載功率就耗散在儀表內(nèi)部,從而時(shí)儀表自身發(fā)熱。假設(shè)一臺(tái)隔離器的輸出負(fù)載設(shè)計(jì)為750歐姆,那么輸出驅(qū)動(dòng)功率一般設(shè)計(jì)為0.5W。如果在實(shí)際應(yīng)用中此隔離器的負(fù)載使用在50歐姆的環(huán)境下,那么就有 0.5W-0.02W = 0.48W的功率轉(zhuǎn)換為儀表自身的發(fā)熱。如果時(shí)多路輸出將產(chǎn)生更多的熱量,而降低輸出模塊的額定功率在實(shí)際應(yīng)用中又難以應(yīng)付市場(chǎng)的復(fù)雜狀況。
2、隔離單元模塊的低功耗改進(jìn)
隔離單元是決定產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的重要單元。
隔離技術(shù)主要有磁隔離與光隔離兩大類(lèi)。隔離電路形式有直接調(diào)制耦合,反饋調(diào)制耦合等多種形式,具體采用什么形式要根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)而定。總的來(lái)講可以大致分為開(kāi)關(guān)量號(hào)采用光隔離,模擬量號(hào)采用磁隔離的方式。從技術(shù)復(fù)雜程度來(lái)看,磁隔離比光隔離處理技術(shù)復(fù)雜,采用磁隔離技術(shù),設(shè)計(jì)者可以根據(jù)技術(shù)指標(biāo)采用合適的設(shè)計(jì)方案,隔離的線性、精度可以根據(jù)產(chǎn)品的要求靈活控制。而光隔離的線性、精度只能依賴(lài)器件廠家提供的技術(shù)指標(biāo),設(shè)計(jì)人員可以調(diào)整的方式很少,也不可能超過(guò)廠家提供的技術(shù)指標(biāo)。由于功耗大,光電隔離也不能實(shí)現(xiàn)無(wú)源隔離。磁隔離模式有電流互感模式、電流互感反饋模式、電壓互感模式、電壓互感反饋模式、電流互感功率補(bǔ)償模式等,電流互感功率補(bǔ)償模式是相對(duì)來(lái)說(shuō)功耗低的模式。
3、電源模塊
電源的技術(shù)指標(biāo)是基礎(chǔ),決定產(chǎn)品的性能。流行的電源拓?fù)湫问诫m然非常多,也很成熟。
優(yōu)越性
在各個(gè)過(guò)程環(huán)路中使用號(hào)隔離辦法可以用DCS或PLC等隔離卡件或者現(xiàn)場(chǎng)帶隔離的變送器(部分設(shè)備可以做到),也可以使用號(hào)隔離器來(lái)實(shí)現(xiàn)。比較起來(lái),用號(hào)隔離器有以下優(yōu)點(diǎn):
● 絕大部分情況,采用號(hào)隔離器+非隔離卡件比采用隔離卡件便宜。
● 號(hào)隔離器比隔離卡件在隔離能力、抗電磁干擾等方面性能更加優(yōu)越。
● 號(hào)隔離器應(yīng)用靈活,而且它還有型號(hào)轉(zhuǎn)換和 號(hào)分配功能,使用起來(lái)更加方便。
● 號(hào)隔離器通常有單通道、雙通道、一入二出等通道形式,通道間相互完全獨(dú)立,構(gòu)成系統(tǒng)的配置、日常維護(hù)更加方便。
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