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隔離端子的抗干擾和應(yīng)用選擇
日期：2025-11-21 11:52
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摘要：
生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視和控制中要用到多種自動(dòng)化儀表、面對(duì)越來(lái)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(gè)原則
不同設(shè)備儀表的、帶有不同共模的信號(hào)輸入到DCS、PLC等控制系統(tǒng)，如果不加處理而直接聯(lián)入，可能出現(xiàn)因信號(hào)具有"共模不同"的干擾。所謂"共模不同"主要指信號(hào)間的參考點(diǎn)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(hào)的能力很強(qiáng)，它可將帶有共模的信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離輸出成為不含共模的信號(hào)。所以只要在每路外部信號(hào)和控制系統(tǒng)的采集板之間插入隔離端子就能解決這個(gè)問(wèn)題。
還有一種情況，要求一個(gè)信號(hào)既能向顯示儀表輸送信號(hào)，又能傳送給變頻器之類(lèi)的設(shè)備。這時(shí)除了輸入和輸出隔離之外，要求2個(gè)輸出之間相互隔離以消除設(shè)備互擾。此時(shí)可使用隔離式信號(hào)分配器，如圖1的WS15242。
綜上所述，解決參考點(diǎn)電位差類(lèi)型的干擾要遵循兩個(gè)原則。**：外部設(shè)備信號(hào)與中央處理系統(tǒng)(例如PLC、DCS)之間要進(jìn)行電氣隔離。
**：外部信號(hào)(對(duì)系統(tǒng)的接口而言，無(wú)論是接收來(lái)的信號(hào)還是向外發(fā)出的信號(hào))之間要相互電氣隔離。系統(tǒng)安裝遵循了這兩個(gè)原則，就能完全克服由于參考點(diǎn)電位差引入的干擾。
大多數(shù)隔離端子都要外加工作電源，一般為DC24V或AC220V。這個(gè)電源在為輸入、輸出部分供電時(shí)必須確保在電氣上與輸入/輸出兩個(gè)部分隔離。這種輸入/輸出/外加工作電源之間相互隔離的產(chǎn)品稱(chēng)為全隔離端子。從理論上講，這種供電方式不管隔離端子數(shù)量多少，均可用一臺(tái)電源供電。這樣的連接符合上述兩個(gè)原則。
2. 電磁兼容
根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)定義，電磁兼容(EMC)是電子設(shè)備的一種功能。電子設(shè)備在電磁環(huán)境中能完成其功能，而不產(chǎn)生不能容忍的干擾。
按EMC標(biāo)準(zhǔn)，要求隔離端子達(dá)到：在電磁干擾環(huán)境中能正常工作，無(wú)性能降低或故障，保證**度、穩(wěn)定性等參數(shù)變化在規(guī)定范圍內(nèi)。同時(shí)隔離端子作為電磁騷擾源而產(chǎn)生的電磁強(qiáng)度也要控制在規(guī)定范圍內(nèi)，減弱它對(duì)環(huán)境的電磁污染。
國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)在1997年和1999年發(fā)布了關(guān)于工業(yè)環(huán)境中的抗擾度試驗(yàn)、工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)作為電磁兼容通用標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)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(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范進(jìn)入歐盟市場(chǎng)的產(chǎn)品。這些文件也是隔離端子應(yīng)該達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。
形成電磁干擾后果必須具備3個(gè)基本要素，即電磁騷擾源、耦合通道、敏感設(shè)備。EMC設(shè)計(jì)的任務(wù)就是減弱騷擾源能量、切斷耦合通道、提高設(shè)備對(duì)電磁干擾的抵抗能力。隔離端子的EMC也要從設(shè)計(jì)做起。由于它屬于處理信號(hào)的儀表，功率小，對(duì)外發(fā)射能量也低。在設(shè)計(jì)上只要稍加注意減弱產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的電磁污染，"工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)"要求比較容易達(dá)到。它的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在提高對(duì)電磁騷擾的抵抗能力。圖2給出兩種隔離端子在射頻調(diào)幅電磁場(chǎng)試驗(yàn)中輸出信號(hào)的變化情況，用以說(shuō)明電磁兼容的重要性。
二 應(yīng)用選擇
1. 依據(jù)接口選擇產(chǎn)品
工業(yè)過(guò)程控制中*常見(jiàn)的信號(hào)是4～20mA、0～10V，壓力、溫度、流量等物理量要轉(zhuǎn)換成4～20mA、0～10V信號(hào)送計(jì)算機(jī)處理。將這些物理量轉(zhuǎn)換為4～20mA、0～10V信號(hào)的設(shè)備稱(chēng)為變送器。圖3為隔離溫度變送器應(yīng)用連線圖。圖中Pt100是以電阻變化體現(xiàn)溫度變化的溫度傳感器，所以連接線的引線電阻會(huì)引入誤差。WS9050、WS2050這類(lèi)變送器具有長(zhǎng)線補(bǔ)償功能，可消除引線電阻的誤差并有線性化功能，確保轉(zhuǎn)換**度。
WS2050這類(lèi)二線制變送器，它的電源與輸出共"地"，沒(méi)有隔離。當(dāng)多個(gè)Pt100經(jīng)由多路WS2050輸送到PLC時(shí)，雖然輸出共用一個(gè)24V電源，只要輸出接到有共同參考點(diǎn)的模擬量輸入板，這種連接就符合本文上述指出的兩個(gè)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(duì)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(xiàn)場(chǎng)指定地點(diǎn)。此時(shí)一般把隔離端子安置在中央控制室機(jī)柜中，由機(jī)柜中的隔離端子為現(xiàn)場(chǎng)變送器配送電源。圖4給出了針對(duì)不同接口的兩種產(chǎn)品連線圖。使用哪一種要根據(jù)PLC接口情況決定。
現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試也會(huì)出現(xiàn)儀表和PLC接口不匹配，發(fā)送設(shè)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(xiàn)場(chǎng)的4～20mA接收并隔離，在隔離端子內(nèi)部輸出部分安裝一個(gè)專(zhuān)用電路用以匹配和PLC的二線回路供電接口方式。見(jiàn)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(hào)。