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隔離端子的抗干擾和應用選擇
日期：2024-10-01 12:36
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摘要：
生產過程監(jiān)視和控制中要用到多種自動化儀表、面對越來越惡劣的環(huán)境，為解決干擾，儀表接入的電磁兼容。
一 電氣隔離和電磁兼容--隔離端子抗干擾的基本要求
1. 電氣隔離的兩個原則
不同設備儀表的、帶有不同共模的信號輸入到DCS、PLC等控制系統(tǒng)，如果不加處理而直接聯入，可能出現因信號具有"共模不同"的干擾。所謂"共模不同"主要指信號間的參考點電位差。隔離端子的輸入/輸出電氣隔離特性使它抑制共模信號的能力很強，它可將帶有共模的信號經過隔離輸出成為不含共模的信號。所以只要在每路外部信號和控制系統(tǒng)的采集板之間插入隔離端子就能解決這個問題。
還有一種情況，要求一個信號既能向顯示儀表輸送信號，又能傳送給變頻器之類的設備。這時除了輸入和輸出隔離之外，要求2個輸出之間相互隔離以消除設備互擾。此時可使用隔離式信號分配器，如圖1的WS15242。
綜上所述，解決參考點電位差類型的干擾要遵循兩個原則。**：外部設備信號與中央處理系統(tǒng)(例如PLC、DCS)之間要進行電氣隔離。
**：外部信號(對系統(tǒng)的接口而言，無論是接收來的信號還是向外發(fā)出的信號)之間要相互電氣隔離。系統(tǒng)安裝遵循了這兩個原則，就能完全克服由于參考點電位差引入的干擾。
大多數隔離端子都要外加工作電源，一般為DC24V或AC220V。這個電源在為輸入、輸出部分供電時必須確保在電氣上與輸入/輸出兩個部分隔離。這種輸入/輸出/外加工作電源之間相互隔離的產品稱為全隔離端子。從理論上講，這種供電方式不管隔離端子數量多少，均可用一臺電源供電。這樣的連接符合上述兩個原則。
2. 電磁兼容
根據國際電工委員會(IEC)定義，電磁兼容(EMC)是電子設備的一種功能。電子設備在電磁環(huán)境中能完成其功能，而不產生不能容忍的干擾。
按EMC標準，要求隔離端子達到：在電磁干擾環(huán)境中能正常工作，無性能降低或故障，保證**度、穩(wěn)定性等參數變化在規(guī)定范圍內。同時隔離端子作為電磁騷擾源而產生的電磁強度也要控制在規(guī)定范圍內，減弱它對環(huán)境的電磁污染。
國際電工委員會(IEC)在1997年和1999年發(fā)布了關于工業(yè)環(huán)境中的抗擾度試驗、工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射標準作為電磁兼容通用標準。我國也發(fā)布了與它等同的文件：GB/T17799.2-2003和GB17799.4-2001。歐盟CE也有同樣標準，規(guī)范進入歐盟市場的產品。這些文件也是隔離端子應該達到的標準。
形成電磁干擾后果必須具備3個基本要素，即電磁騷擾源、耦合通道、敏感設備。EMC設計的任務就是減弱騷擾源能量、切斷耦合通道、提高設備對電磁干擾的抵抗能力。隔離端子的EMC也要從設計做起。由于它屬于處理信號的儀表，功率小，對外發(fā)射能量也低。在設計上只要稍加注意減弱產品對環(huán)境的電磁污染，"工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射標準"要求比較容易達到。它的設計重點在提高對電磁騷擾的抵抗能力。圖2給出兩種隔離端子在射頻調幅電磁場試驗中輸出信號的變化情況，用以說明電磁兼容的重要性。
二 應用選擇
1. 依據接口選擇產品
工業(yè)過程控制中*常見的信號是4～20mA、0～10V，壓力、溫度、流量等物理量要轉換成4～20mA、0～10V信號送計算機處理。將這些物理量轉換為4～20mA、0～10V信號的設備稱為變送器。圖3為隔離溫度變送器應用連線圖。圖中Pt100是以電阻變化體現溫度變化的溫度傳感器，所以連接線的引線電阻會引入誤差。WS9050、WS2050這類變送器具有長線補償功能，可消除引線電阻的誤差并有線性化功能，確保轉換**度。
WS2050這類二線制變送器，它的電源與輸出共"地"，沒有隔離。當多個Pt100經由多路WS2050輸送到PLC時，雖然輸出共用一個24V電源，只要輸出接到有共同參考點的模擬量輸入板，這種連接就符合本文上述指出的兩個原則。需要注意的是：多路WS2050接到不同的PLC就要使用各自的24V電源。
針對變送器的隔離還有另一種方式，傳感器和變送器為一體而又必須放置在現場指定地點。此時一般把隔離端子安置在中央控制室機柜中，由機柜中的隔離端子為現場變送器配送電源。圖4給出了針對不同接口的兩種產品連線圖。使用哪一種要根據PLC接口情況決定。
現場調試也會出現儀表和PLC接口不匹配，發(fā)送設備為四線制變送器輸出4～20mA，而接收端4～20mA的接口為二線回路供電方式(圖5中24V電源和RL方式)，若直接連接將造成電源沖突。解決方法是采用隔離端子將現場的4～20mA接收并隔離，在隔離端子內部輸出部分安裝一個專用電路用以匹配和PLC的二線回路供電接口方式。見圖5。這種隔離端子也可以處理0～10V，0～5AAC等輸入電壓電流信號。