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隔离端子的抗干扰和应用选择
日期：2024-11-19 18:14
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摘要：
生产过程监视和控制中要用到多种自动化仪表、面对越来越恶劣的环境，为解决干扰，仪表接入的隔离端子必须达到两个基本要求：**是解决各种设备、仪表"地"之间的差，即信号参考点的电位差；**是电磁兼容。
一 电气隔离和电磁兼容--隔离端子抗干扰的基本要求
1. 电气隔离的两个原则
不同设备仪表的、带有不同共模的信号输入到DCS、PLC等控制系统，如果不加处理而直接联入，可能出现因信号具有"共模不同"的干扰。所谓"共模不同"主要指信号间的参考点电位差。隔离端子的输入/输出电气隔离特性使它抑制共模信号的能力很强，它可将带有共模的信号经过隔离输出成为不含共模的信号。所以只要在每路外部信号和控制系统的采集板之间插入隔离端子就能解决这个问题。
还有一种情况，要求一个信号既能向显示仪表输送信号，又能传送给变频器之类的设备。这时除了输入和输出隔离之外，要求2个输出之间相互隔离以消除设备互扰。此时可使用隔离式信号分配器，如图1的WS15242。
综上所述，解决参考点电位差类型的干扰要遵循两个原则。**：外部设备信号与中央处理系统(例如PLC、DCS)之间要进行电气隔离。
**：外部信号(对系统的接口而言，无论是接收来的信号还是向外发出的信号)之间要相互电气隔离。系统安装遵循了这两个原则，就能完全克服由于参考点电位差引入的干扰。
大多数隔离端子都要外加工作电源，一般为DC24V或AC220V。这个电源在为输入、输出部分供电时必须确保在电气上与输入/输出两个部分隔离。这种输入/输出/外加工作电源之间相互隔离的产品称为全隔离端子。从理论上讲，这种供电方式不管隔离端子数量多少，均可用一台电源供电。这样的连接符合上述两个原则。
2. 电磁兼容
根据国际电工委员会(IEC)定义，电磁兼容(EMC)是电子设备的一种功能。电子设备在电磁环境中能完成其功能，而不产生不能容忍的干扰。
按EMC标准，要求隔离端子达到：在电磁干扰环境中能正常工作，无性能降低或故障，保证**度、稳定性等参数变化在规定范围内。同时隔离端子作为电磁骚扰源而产生的电磁强度也要控制在规定范围内，减弱它对环境的电磁污染。
国际电工委员会(IEC)在1997年和1999年发布了关于工业环境中的抗扰度试验、工业环境中的发射标准作为电磁兼容通用标准。我国也发布了与它等同的文件：GB/T17799.2-2003和GB17799.4-2001。欧盟CE也有同样标准，规范进入欧盟市场的产品。这些文件也是隔离端子应该达到的标准。
形成电磁干扰后果必须具备3个基本要素，即电磁骚扰源、耦合通道、敏感设备。EMC设计的任务就是减弱骚扰源能量、切断耦合通道、提高设备对电磁干扰的抵抗能力。隔离端子的EMC也要从设计做起。由于它属于处理信号的仪表，功率小，对外发射能量也低。在设计上只要稍加注意减弱产品对环境的电磁污染，"工业环境中的发射标准"要求比较容易达到。它的设计重点在提高对电磁骚扰的抵抗能力。图2给出两种隔离端子在射频调幅电磁场试验中输出信号的变化情况，用以说明电磁兼容的重要性。
二 应用选择
1. 依据接口选择产品
工业过程控制中*常见的信号是4～20mA、0～10V，压力、温度、流量等物理量要转换成4～20mA、0～10V信号送计算机处理。将这些物理量转换为4～20mA、0～10V信号的设备称为变送器。图3为隔离温度变送器应用连线图。图中Pt100是以电阻变化体现温度变化的温度传感器，所以连接线的引线电阻会引入误差。WS9050、WS2050这类变送器具有长线补偿功能，可消除引线电阻的误差并有线性化功能，确保转换**度。
WS2050这类二线制变送器，它的电源与输出共"地"，没有隔离。当多个Pt100经由多路WS2050输送到PLC时，虽然输出共用一个24V电源，只要输出接到有共同参考点的模拟量输入板，这种连接就符合本文上述指出的两个原则。需要注意的是：多路WS2050接到不同的PLC就要使用各自的24V电源。
针对变送器的隔离还有另一种方式，传感器和变送器为一体而又必须放置在现场指定地点。此时一般把隔离端子安置在中央控制室机柜中，由机柜中的隔离端子为现场变送器配送电源。图4给出了针对不同接口的两种产品连线图。使用哪一种要根据PLC接口情况决定。
现场调试也会出现仪表和PLC接口不匹配，发送设备为四线制变送器输出4～20mA，而接收端4～20mA的接口为二线回路供电方式(图5中24V电源和RL方式)，若直接连接将造成电源冲突。解决方法是采用隔离端子将现场的4～20mA接收并隔离，在隔离端子内部输出部分安装一个专用电路用以匹配和PLC的二线回路供电接口方式。见图5。这种隔离端子也可以处理0～10V，0～5AAC等输入电压电流信号。