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怎么提高二線制變送器的抗干擾能力
怎么提高二線制變送器的抗干擾能力
生產(chǎn)過程監(jiān)視和控制要用到多種自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)及相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。過程中的信號(hào)既有微弱到毫伏級(jí)的小信號(hào),又有數(shù)十伏的大信號(hào)，甚至還有高達(dá)數(shù)千伏、數(shù)百安培的信號(hào)要處理。怎么提高二線制變送器的抗干擾能力
  從頻率上講，有直流低頻范圍的，也有高頻/脈沖尖峰。設(shè)備儀表間的互相干擾就成為系統(tǒng)調(diào)試中必須要解決的問題。
  除了電磁屏蔽之外，解決各種設(shè)備儀表的“地”，即信號(hào)參考點(diǎn)的電位差，將成為重要課題。
  因?yàn)椴煌O(shè)備、儀表的信號(hào)要互傳互送，那就存在信號(hào)參考點(diǎn)問題。換句話說，要使信號(hào)完整傳送，理想化的情況是所有設(shè)備儀表的信號(hào)有一個(gè)共同的參考點(diǎn)，即共有一個(gè)“地”。
  進(jìn)一步講，所有設(shè)備儀表信號(hào)的參考點(diǎn)之間電位差為“零”。但是在實(shí)際環(huán)境中，這一點(diǎn)幾乎是不可能的，這里面除了各個(gè)設(shè)備儀表“地”之間的連線電阻產(chǎn)生的電壓降之外，尚有各種設(shè)備儀表在不同環(huán)境受到的干擾不同，以及導(dǎo)線接點(diǎn)經(jīng)受風(fēng)吹雨淋導(dǎo)致接點(diǎn)質(zhì)量下降等諸多因素，致使各個(gè)“地”之間有差別。
  以示意圖1為例。    圖中標(biāo)明有兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備1＃、2＃儀表向PLC傳送信號(hào)以及PLC向兩臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備3＃、4＃儀表發(fā)出信號(hào)。假定傳送信號(hào)均為0-10VDC。理想情況下PLC及兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備1＃、2＃儀表“地”電位完全相等，傳送過程中又沒有干擾。
  這樣從PLC輸入來看，接收正確。
  但如前所述，兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通常有“地”電位差。
  舉例來講，1#設(shè)備“地”與PLC“地”同電位，2#設(shè)備比它們的“地”電位高，這樣1#設(shè)備給PLC的信號(hào)為0-10V，而2#設(shè)備給PLC的為,誤差就產(chǎn)生了.同時(shí)1#、2#設(shè)備的“地”線在PLC匯合聯(lián)接，將電壓施加在PLC地線條上，可能損壞PLC局部“地”線。
  同時(shí)顯示錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。由此引起的問題在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中屢有出現(xiàn)。
  例如某大型建材公司生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)使用美國AB-PLC外接國內(nèi)某廠家手操器。AB-PLC的每個(gè)數(shù)據(jù)采集板由八個(gè)通道組成，八個(gè)通道共用一個(gè)12位A/D，模擬量經(jīng)過變換后由12個(gè)光耦隔離器實(shí)現(xiàn)與主機(jī)隔離。它的八個(gè)通道輸入之間沒有隔離，致使在輸入信號(hào)時(shí)，每個(gè)通道單獨(dú)輸入到采集板均正常。但是同時(shí)輸入兩個(gè)或多于兩個(gè)外部信號(hào)時(shí)，顯示數(shù)字亂跳故障無法排除。
  又如航天某部門使用K型熱偶作為傳感器測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)各點(diǎn)溫度。同上述相似，僅測(cè)試一個(gè)點(diǎn)時(shí)正常。但是向主機(jī)接入兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上溫度信號(hào)時(shí)，顯示的溫度值明顯錯(cuò)誤。這兩種情況在使用隔離器后，都正常了。
　　隔離器之所以能起到這個(gè)作用，就是它具有使輸入/輸出在電氣上完全隔離的特點(diǎn)。換句話講，輸入/輸出之間沒有共同“地”，外來信號(hào)不管是0-10V，或帶著共模干擾電壓的0-10V經(jīng)隔離后均為0-10V。
  即隔離后新建立的“地”與外部設(shè)備儀表“地”沒關(guān)系。正是由于這個(gè)原因，也實(shí)現(xiàn)了輸入到PLC主機(jī)的多個(gè)外接設(shè)備儀表信號(hào)之間隔離，即它們之間沒有“地”的關(guān)系。
　　上面談了輸入信號(hào)和PLC信號(hào)的隔離，同樣PLC向外部設(shè)備輸出信號(hào)也有類似現(xiàn)象問題。顯然采用隔離器就能解決問題。
  這類電壓/電壓隔離器及電壓/電流隔離轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品型號(hào)是FZ1521、FZ1522。
　　
  1．不管PLC向外部設(shè)備儀表發(fā)送信號(hào)，還是外部設(shè)備儀表向其他設(shè)備發(fā)送信號(hào)，有一種情況經(jīng)常遇到：
  要求一個(gè)信號(hào)即能向顯示儀表輸送信號(hào)，又能傳送給諸如變頻器之類的設(shè)備。
  這就有可能在兩個(gè)設(shè)備之間產(chǎn)生干擾，若要徹底解決干擾問題，推薦使用隔離式信號(hào)分配器，它的二個(gè)輸出之間也是隔離的。
  它能實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)與外部設(shè)備隔離，同時(shí)實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)設(shè)備之間隔離。
  如圖2。   2．現(xiàn)場(chǎng)儀表在配套時(shí)有可能協(xié)調(diào)不利出現(xiàn)如下情況，接收信號(hào)設(shè)備(例如接收4-20mA)接口連接為二線制方式（即接收口為一個(gè)24V電源與一個(gè)250Ω相串聯(lián)），接口的兩根線一個(gè)為24V正極、一個(gè)為250Ω一端，適于連接現(xiàn)場(chǎng)二線制變送器。
  但現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備為四線制變送器，輸出4-20mA，這樣進(jìn)行直接連接將造成電源沖突。解決方法是采用隔離器將現(xiàn)場(chǎng)來的4-20mA接收并隔離，在隔離器的輸出部份安裝一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的二線變送器，以應(yīng)對(duì)接收設(shè)備的接口。這個(gè)產(chǎn)品型號(hào)為FZ9030。
　　隔離器要保證輸入/輸出兩個(gè)部分隔離，外加工作電源24V在為輸入、輸出部份供電同時(shí)，必須確保在電氣上與兩個(gè)部分隔離。
  這種輸入/輸出/外加工作電源之間全部相互隔離的器件稱為三隔離或全隔離器件. 從理論上講這種供電方式,不管隔離器數(shù)量多少，均可用一臺(tái)24V電源供電，不會(huì)產(chǎn)生干擾。
　　
  3．對(duì)于常用的4-20mA到4-20mA電流信號(hào)的隔離，這里推薦一種不用另外再加電源的隔離器WFZ1562。
  如圖3。
  顯然省去外接電源接線更為簡(jiǎn)捷，且功耗低、自身熱量低、可靠性高。
　　FZ1562的*大特點(diǎn)在于不需要外接電源,它帶來了簡(jiǎn)捷可靠的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)也帶來了使用上的局限性。WS1562對(duì)于4-20mA信號(hào)進(jìn)行的隔離傳送，從一個(gè)意義上講是功率傳送，內(nèi)部肯定有功率損耗。損耗表現(xiàn)在輸入端和輸出端電流/電壓乘積的差值上。以負(fù)載電阻RL=250Ω為例，當(dāng)輸出為20mA時(shí)輸出端250Ω上的電壓為，而輸入端的兩端間電壓測(cè)試為。簡(jiǎn)單計(jì)算表明，內(nèi)部損耗等于20mA×()=76(mW)，也即內(nèi)部損耗為76毫瓦。從使用者角度來看，假若輸出端負(fù)載電阻RL等于250Ω，那么從輸入端看進(jìn)去的等效電阻*大值為（Ω）。在這種情況下輸入的4-20mA電流源必須具有驅(qū)動(dòng)440Ω負(fù)載的能力，才能使WS1562無源隔離器在輸出端負(fù)載電阻RL等于250Ω條件下正常工作。
  不過,從經(jīng)驗(yàn)來看大部分現(xiàn)場(chǎng)儀表能滿足這些條件。
　　4．再談?wù)劤Ｓ玫亩€制變送器（含壓力、溫度、流量…），從隔離角度可以分為隔離式及非隔離式。
  采用隔離式二線制變送器的主要目的是提高抗干擾能力。
　　二線制變送器的隔離有兩種方式：一種方式是傳感器和變送器一體而又必須放置在現(xiàn)場(chǎng)指定地點(diǎn)，對(duì)于這種情況一般把隔離器安置在中央控制室機(jī)柜中。對(duì)這種現(xiàn)場(chǎng)二線制變送器的電源配送有二種接口形式，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況來定。
  圖4給出了針對(duì)PLC與二線制變送器兩種接口的連線圖。   另一種方式是傳感器和變送器分成二個(gè)部分，傳感器放置在現(xiàn)場(chǎng)指定地點(diǎn),把變送器設(shè)計(jì)為隔離式的放置在控制室中。面對(duì)PLC兩種接口方式，圖5給出了以Pt100為傳感器的隔離變送器使用連線圖。產(chǎn)品型號(hào)為FZ9050及FZ2050。
  附帶說一點(diǎn)，處理Pt100這類溫度變送器都考慮到了Pt100的長(zhǎng)線補(bǔ)償及線性化處理。類似還有以各種熱偶為傳感器的隔離變送器，它與上述基本相同。不同的是增加了冷端補(bǔ)償。產(chǎn)品型號(hào)為FZ9060及FZ2060。其中FZ2050和FZ2060屬于二線制變送器。FZ9050和FZ9060屬于全隔離式變送器。  如果輸入信號(hào)是5A交流電流或數(shù)百伏交流電壓可以選用的產(chǎn)品型號(hào)是FZM-I、FZM-U。  總之，只要外部設(shè)備及接收設(shè)備方式確定了，選用就很簡(jiǎn)單。
　　隔離器外型采用導(dǎo)軌安裝，接線采用接線式，這種方式亦稱隔離端子，適用安裝在機(jī)柜中。
　　在隔離端子電路前部安裝意法半導(dǎo)體（ST）ASIC芯片(專用集成電路)的電路,實(shí)現(xiàn)溫度隔離變送,雖然比零件組裝式(諸如用廉價(jià)OP放大器)成本高，但在長(zhǎng)期性能穩(wěn)定性、可靠性方面是零件組裝無法比擬的。引入上等ASIC芯片是隔離端子穩(wěn)定可靠的基本保證，同時(shí)專用SIC芯片在功能上諸如長(zhǎng)線補(bǔ)償、恒流驅(qū)動(dòng)、線性化性能齊備。
　　隔離端子設(shè)計(jì)日趨小型化，那么小型化的目的就是少占空間。當(dāng)然應(yīng)該允許用戶密集安裝，密集安裝就存在散熱問題。換句話講，必須降低內(nèi)部功耗。
　　現(xiàn)在市場(chǎng)出現(xiàn)了許多以CPU為核心的隔離端子，具有現(xiàn)場(chǎng)可編功能及通信功能，有很高的靈活性，對(duì)顧客來講可以減少庫存數(shù)量,降低資金積壓。以CPU為核心的隔離端子必定將成為這一領(lǐng)域主流。

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