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如何解决信号隔离器信号干扰的困扰

供稿:中国工控网 2013/4/25 12:00:32

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      在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构,它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、毫安级的小信号;有有几十伏,甚至数千伏、数百安培的大信号;既有低频直流信号,也有高频脉冲信号等等,构成系统后往往发现在仪表和设备之间传输相互干扰,造成系统不稳定甚至误操作。
  
  信号隔离器是将输入单路或双路电流或电压信号,变送输出隔离的单路或双路线性的电流或电压信号,并提高输入、输出、电源之间的电气隔离性能。它首先将PLC接受的信号,通过半导体器件调制变换,然后通过光感或磁感器件进行隔离转换,然后再进行解调变换回隔离前原信号或不同信号,同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理,保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。任何一项电子设备在运行过程中都会出一些受干扰的情况。
  
  信号隔离器干扰的原因一般都有以下几个方面:
  
  一、系统产生干扰的原因
  
  (1)地环流干扰
  
  在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构,它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、毫安级的小信号;有有几十伏,甚至数千伏、数百安培的大信号;既有低频直流信号,也有高频脉冲信号等等,构成系统后往往发现在仪表和设备之间传输相互干扰,造成系统不稳定甚至误操作。出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外,还有一个十分重要的原因就是各种仪器设备根据要求和目的都需要接地,例如为了安全,机壳需要接大地;为了使电路正常工作,系统要有公共参考点;为了抑制干扰加屏蔽罩,屏蔽罩也需要接地。但是由于仪表和设备之间的参考点之间存在电势差(也就是各设备的共地点不同)因而形成“地环流”、“接地环路”问题是在系统信号处理过程中必须要解决的问题。地环流地测试信号形成干扰,当环流很大时,至使设备出现很高的共摸噪声电压,并通过分布参数耦合到信号线,或直接连接到电平信号线上,将产生很大的串模干扰,甚至损坏接口电路及设备。因此,不可掉以轻心,必须严加防范!
  
  (2)自然干扰
  
  雷电是一种主要的自然干扰源,雷电产生的干扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电干扰的时域波形是叠加在一窜随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲。宇宙噪声是电离辐射产生的,在一天中不断变化。太阳噪声则随着太阳活动情况剧烈变化。自然界噪声主要会对通信造成干扰而雷电能量尖峰脉冲可以对很多设备造成损坏,应该加以避免或降低损坏程度,减少损失。
  
  (3)人为干扰
  
  电磁干扰产生的根本原因是导体中有电压或电流的变化,即较大的dv/dt或di/dt.dv/dt或di/dt能够使导体产生电磁波辐射。一方面,人们可以利用这一特点实现特定功能,例如,无线通信、雷达或其他功能,另一方面,电子设备在工作时,由于导体中的dv/dt或di/dt会产生伴随电磁辐射。无论主观上出于什么目的,客观上对电磁环境造成了污染。还有工厂企业在生产过程中会经常有一些大型的设备(电机、变频器等)频繁开关,它们也会造成一些容性、感性的干扰,也将影响仪器仪表正常显示或采集。凡是有电压电流突变的场合,肯定会有电磁干扰存在。数字脉电路就是一种典型的干扰源。随着电子技术的广泛应用,电磁污染情况会越来越严重。
  
  二、解决各种干扰的方法
  
  首先干扰的三要素是干扰源、敏感源和耦合路径,这三要素缺少一个,电磁兼容问题都不会存。因此要从这三要素入手。找出最方便的解决办法,一般干扰源和敏感源是没办法解决的,通常是从耦合路径想办法,也是最常用的办法。如加屏蔽、加滤波等手段。而处理地环流最为常见也最为麻烦,现在以此为探讨话题。
  
  (1)第一种方法:所有现场设备不接地,使所有过程环路只有一个接地点,不能形成回路,这种方法看似简单。但实际应用中往往很难实现,因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或人身安全,某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。
  
  (2)第二种方法:使两接地点的电势相同(使V1=V2),但由于接地的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响,这种方法其实在实际中也无法完全能做到。
  
  (3)第三种方法:在各个过程环节中使用信号隔离器,断开过程环路,同时又不影响过程信号的正常传输,从而彻底解决地环路的问题
  
  在各个过程环路中使用信号隔离办法可以用DCS或PLC等隔离卡件或者现场带的隔离的变送器(分设备可以做到),也可以用信号隔离器来实现。比较起来,用信号隔离器有以下优点:
  
  绝大部分情况,采用信号隔离器+非隔离卡件比采用隔离卡件便宜;
  
  信号隔离器比隔离卡件在隔离能力、抗电磁干扰等方面性能更加优越;
  
  信号隔离器应用灵活,而且它还有信号转换和信号分配及接口转换等功能,使用起来更加方便;
  
  信号隔离器通常有单通道、双通道、通道间相互完全独立,构成系统的配置、日常维护更加方便。
  
  另外,信号隔离器采用了先进的数字化技术,在对高、低频干扰信号的抑制方面均有着优异表现,即使在大功率变频控制系统中依然能够可靠应用,内部采用数字化调校、无零点及满度电位器、自动动态校准零点、温度漂移自动补偿等诸多先进技术,并符合IEC61000-4-4:1995中所规定的第四类(恶劣工业现场)环境对产品的抗电磁干扰要求,这一系列技术的应用使产品的稳定性及可靠性得到科学的保证。以上各项技术领先国际先进水平。
  
  信号隔离器可以与单元组合仪表及DCS、PLC等系统配套使用,在油田、石化、制造、电力、冶金等行业的重大工程中有着广泛应用。

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