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数据采集与监控系统中传感器输出信号的处理

--SCADA(数据采集与监视控制)系统中,各类传感器信号隔离转换专用IC选型参考

供稿:深圳顺源科技有限公司 2010/9/28 11:41:00

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  • 关键词: SCADA 传感器 远动系统
  • 摘要:SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统,即数据采集与监视控制系统。SCADA系统的应用领域很广,它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。

 SCADA系统概述
 
  SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制,以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。
  由于各个应用领域对SCADA的要求不同,所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同。
  在电力系统中,SCADA系统应用最为广泛,技术发展也最为成熟。它作为能量管理系统(EMS系统)的一个最主要的子系统,有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势,现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益,减轻调度员的负担,实现电力调度自动化与现代化,提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。
  SCADA在铁道电气化远动系统上的应用较早,在保证电气化铁路的安全可靠供电,提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。在铁道电气化SCADA系统的发展过程中,随着计算机的发展,不同时期有不同的产品,同时我国也从国外引进了大量的SCADA产品与设备,这些都带动了铁道电气化远动系统向更高的目标发展。
  
数据采集与监视控制系统(SCADA)中,各类型传感器信号隔离、放大、转换IC选型参考
  SCADA系统要实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能,就要把现场的压力、温度、湿度、流量、速度、液位、位移等传感器感应的信号进行采集、隔离转换处理。而不同的传感器由于工作方式、配电、输出信号类型等方面的差异,对隔离放大器产品的功能选择和匹配上也不相同。
 现场各种类型传感器信号隔离放大、变换应用举例:


1、安全
   为了确保人身和设备的安全,安装、检修、更换本系列产品时,请务必完全关闭设备运行并切断电源。以免因错误信号导致控制系统失控而造成事故,给人身和设备安全带来危害。
ISO系列 隔离放大器现场安全保护典型应用方案图:



2、SCADA系统在电力、轨道交通设备中内置RS485通讯接口抗浪涌、防静 电、高隔离模块电源选型
  型号:WRF0505H-1W/2W VD050512H-2W
  说明: VD / WRF 系列模块电源,是一款具有高电气隔离和抗浪涌、防静电特性,且输出具有自恢复过载和短路保护的国家专利产品(国家专利号:ZL 200420042857.1)。近期该产品在电力负荷管理控制终端(用户管理终端)仪表外接RS485/RS232接口安全高隔离(4500V)、抗静电(外端子直接接触:8000V)的相关技术送检中,顺利通过高隔离/抗浪涌/防静电测试。目前已在电力仪器仪表制造行业广泛使用。
  VD / WRF 系列的DC-DC隔离模块电源,采用陶瓷基板、印刷电阻的可靠性工艺制作,能满足工业级振动、潮湿、静电干扰、宽温度(-45—+85 ℃)及其它恶劣环境下的工作。产品有SIP单列和DIP双列封装方式。主要应用领域:电气设备地线干扰抑制,仪器仪表的外接(RS485/RS232/RS422/USB/IEEE1394等通讯接口)端口电源隔离及变换,仪表壳体接口端子外露金属部位的安全高隔离/抗浪涌/防静电隔离(国家安规标准:8KV以上)。
详细技术资料:
http://www.sun-yuan.com/download/200812612161699053.pdf

3、传感器两线制4-20mA输出信号的隔离和调理
3.1 两线制4-20mA 电流环路 隔离器
  型号:ISO 4-20mA
  说明: ISO 4-20mA电流环隔离器是单片两线制隔离接口芯片,该IC内部包含有电流信号调制解调电路、信号耦合隔离变换电路等。很小的输入等效电阻,使该IC的输入电压达到超宽范围(7.5—32V),以满足用户无需外接电源而实现信号远距离、无失真传输的需要。内部的陶瓷基板、印刷电阻工艺及新技术隔离措施使器件能达到3KVAC绝缘电压和工业级宽温度、潮湿、震动的现场恶劣环境要求。ISO 4-20mA系列产品使用非常方便无需外接任何元件即可实现4-20mA电流环隔离功能。
详细技术资料:
http://www.sun-yuan.com/download/200811318564877700.pdf
典型应用方案图:


3.2 两线制4-20mA 隔离配电器
  型号:ISO 4-20mA-F
  说明: ISO 4-20mA-F是一种两线制4-20mA 信号环路式隔离配电器,具有节能、安全防爆功能。该IC为两线制传感器配电16V~21.5V,方便了一些两线制传感器的信号测量、远传、隔离等功能。该IC输出是针对24VDC和取样电阻(负载电阻)相串联的二线制供电回路(现场防爆功能)来设计的,同当前流行的模拟量输入接口板(上位机)、PLCDCS或其他仪表的模拟量输入端口相匹配,ISO 4-20mA-F产品在使用时,其输入端外接传感器上的电源和信号是由4-20mA配电器模块从输出端耦合过来的,这个电信号可以用PLC、DCS、工控机来控制,当需要采集数据时就给传感器加电,不需要时可以关断电源和信号,从而实现节能、防爆的功能,同时可实现现场多点数据采集和控制,也可以延长传感器的使用寿命。ISO 4-20mA-F使用非常方便,无需外接任何器件,即可实现4-20mA信号的隔离、传输和变送功能。
详细技术资料:
http://www.sun-yuan.com/download/20081132014432704.pdf
典型应用方案图:


3.3 两线制4-20mA 隔离调理器
  型号:ISO 4-20mA-P
  说明: ISO 4-20mA-P是一种两线制4-20mA 信号隔离调理器,可以将传感器的有源信号转换成无源信号直接送到PLC、DCS上采集。该IC输出是针对24VDC和取样电阻(负载电阻)相串联的二线制供电(现场防爆)回路来设计的,同当前流行的模拟量输入接口板(上位机)、PLC、DCS或其他仪表的模拟量输入端口相匹配。 ISO 4-20mA-P产品使用非常方便,只需外接一个50KΩ的多圈电位器进行ADJ校正,即可实现有源信号转换成无源信号隔离、传输和变送功能或信号的一进二出、二进二出等变换功能。
详细技术资料:
http://www.sun-yuan.com/download/20081132041911658.pdf
典型应用方案图:

3.4 两线制4-20mA 隔离变送器
  型号:ISO 1003
  说明: ISO 1003是专为两线制热电阻传感器设计的信号隔离变送器。该芯片内部包含有一个电流信号调制电路,光电耦合隔离变换电路及解调电路。 该芯片具有4-20mA的供电电压范围宽(16.5V-36V),输入等效电阻小,线性度高等特点,可提供5V/3.5mA的隔离电压输出、2.5V基准电源,输入信号的电压为0-0.8V,相对应输入侧信号路中电流的变化。输入及输出侧宽爬电距离及内部特殊绝缘的隔离措施使该芯片可达到3000VDC绝缘电压。
详细技术资料:
http://www.sun-yuan.com/download/20081132115643697.pdf
典型应用方案图:


4、传感器信号的高精度模拟量数据采集、监控、通信及A/D转换(4-20mA转RS232/485)
  型号:ISO 4011
  说明: ISO 40xx系列产品实现传感器和主机之间的信号采集,用以检测模拟信号或控制远程设备(SCADA)。通过软件的配置,可用于多种传感器类型,包括模拟信号输入/输出和数字信号输入/输出(I/O)。ISO 40xx系列产品可应用在 RS-232/485总线工业自动化控制系统,温度信号测量、监视和控制,小信号的测量以及工业现场信号隔离及长线传输等等。产品包括电源隔离、信号隔离及线性化,A/D转换和RS-485串行通信。<

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