半導(dǎo)體雙通道數(shù)字信號(hào)光耦隔離原理設(shè)計(jì)

隔離器是一種采用線(xiàn)性光耦隔離原理，將輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。輸入，輸出和工作電源三者相互隔離，特別適合與需要電隔離的設(shè)備儀表配用。隔離器又名信號(hào)隔離器，是工業(yè)控制系統(tǒng)中重要組成部分。

系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的原因

隔離器在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制需要用到各種自動(dòng)化儀表、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它們之間的信號(hào)傳輸既有微弱到毫伏級(jí)、微安級(jí)的小信號(hào)，又有幾十伏，甚至數(shù)千伏、數(shù)百安培的大信號(hào);既有低頻直流信號(hào)，也有高頻脈沖信號(hào)等等，構(gòu)成系統(tǒng)后往往發(fā)現(xiàn)在儀表和設(shè)備之間信號(hào)傳輸互相干擾，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至誤操作。出現(xiàn)這種情況除了每個(gè)儀表、設(shè)備本身的性能原因如抗電磁干擾影響外，還有一個(gè)十分重要的因素就是由于儀表和設(shè)備之間的信號(hào)參考點(diǎn)之間存在電勢(shì)差，因而形成“接地環(huán)路”造成信號(hào)傳輸過(guò)程中失真。因此，要保證系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠的運(yùn)行，“接地環(huán)路”問(wèn)題是在系統(tǒng)信號(hào)處理過(guò)程中必須解決的問(wèn)題。

解決“接地環(huán)路”的方法根據(jù)理論和實(shí)踐分析，有三種解決方案：第一種方案：所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不接地，使所有過(guò)程環(huán)路只有一個(gè)接地點(diǎn)，不能形成回路，這種方法看似簡(jiǎn)單，但在實(shí)際應(yīng)用中往往很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槟承┰O(shè)備要求必須接地才能保證測(cè)量精度或確保人身安全，某些設(shè)備可能因?yàn)殚L(zhǎng)期遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點(diǎn)。第二種方案：使兩接地點(diǎn)的電勢(shì)相同，但由于接地點(diǎn)的電阻受地質(zhì)條件及氣候變化等眾多因素的影響，這種方案其實(shí)在實(shí)際中無(wú)法完全做到。第三種方案：在各個(gè)過(guò)程環(huán)路中使用信號(hào)隔離方法，斷開(kāi)過(guò)程環(huán)路，同時(shí)又不影響過(guò)程信號(hào)的正常傳輸，從而徹底解決接地環(huán)路問(wèn)題。

功能：

BM100系列信號(hào)隔離器可以對(duì)電流、電壓等電量參數(shù)或溫度、電阻等非電量參數(shù)進(jìn)行快速精確測(cè)量，經(jīng)隔離轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)輸出。既可以直接與指針表、數(shù)顯表相接，也可以與自控儀表(如PLC)、各種A/D轉(zhuǎn)換器以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等設(shè)備配接。

應(yīng)用范圍：

應(yīng)用于電力、鐵路、水處理、造紙、化工、食品、倉(cāng)儲(chǔ)等行業(yè)的自動(dòng)化系統(tǒng)中。

訂貨范例：

具體型號(hào)：BM100-DI/I-C12

技術(shù)要求：輸入1路DC 4-20mA;輸出2路DC 4-20mA;準(zhǔn)確級(jí)0.2級(jí)。

通訊協(xié)議：無(wú)

輔助電源：DC24V

信號(hào)隔離器的主要作用有消除信號(hào)干擾、信號(hào)轉(zhuǎn)換和信號(hào)分配的功能。消除信號(hào)干擾主要是消除接地環(huán)路的影響，通常兩種儀表接地會(huì)存在電勢(shì)差，從而造成信號(hào)的干擾。這時(shí)就需要加一個(gè)信號(hào)隔離器，來(lái)切斷串模干擾。

信號(hào)隔離器的第一個(gè)作用，就是消除高頻電磁干擾，控制柜周?chē)鷷?huì)有大功率的電源，變頻器和電機(jī)頻繁啟動(dòng)，也會(huì)造成信號(hào)的不穩(wěn)，這時(shí)就需要加一個(gè)隔離器。

因?yàn)楦綦x器的輸入輸出和電源是三端隔離的，來(lái)保護(hù)后端的DCS和PLC等設(shè)備，所以說(shuō)隔離器它也是一個(gè)保護(hù)性的儀表。

第二個(gè)作用：信號(hào)轉(zhuǎn)換，主要是解決信號(hào)的不匹配問(wèn)題，若2個(gè)儀表需要關(guān)聯(lián)但信號(hào)又不匹配，則需要加個(gè)信號(hào)隔離器起到轉(zhuǎn)換功能，如將0-10V轉(zhuǎn)換成4-20mA，或?qū)?-20mA轉(zhuǎn)成0-5V，或?qū)⑽⑷醯膍V信號(hào)轉(zhuǎn)成標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA可以遠(yuǎn)距離傳輸，也有的將位移的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)成4-20mA信號(hào)等等，這都是解決信號(hào)不匹配的問(wèn)題。

第三個(gè)作用就是信號(hào)分配功能在某些場(chǎng)合需要將一個(gè)信號(hào)傳輸?shù)讲煌目刂葡到y(tǒng)DCS和顯示器，這時(shí)就需要加一個(gè)信號(hào)隔離器，起到分配功能，如一入二出，一入三出，一入四出。

此外，信號(hào)隔離器還有三個(gè)不太常見(jiàn)的功能：

① 給現(xiàn)場(chǎng)的變送器和傳感器提供供電電源，這時(shí)就起到配電作用。

② 解決信號(hào)電源的沖突，這時(shí)也需要加一個(gè)隔離器。

③ 解決非線(xiàn)性信號(hào)的線(xiàn)性化處理，主要就是溫度變送器(熱電阻溫度變送器、熱電偶溫度變送器)。

無(wú)源信號(hào)隔離器的三種形式，信號(hào)隔離器可分為有源信號(hào)隔離器和無(wú)源信號(hào)隔離器。下面主要講述無(wú)源信號(hào)隔離器。

1.輸入端回路供電隔離型(PA-0133)

對(duì)于這種隔離技術(shù)，輸入輸出組件線(xiàn)路所需的電能均來(lái)自于輸入端，輸入端是以回路供電的方式提供電能，回路電流通常是4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，在此作為輸入信號(hào)(例如，PLC輸出卡)，輸入信號(hào)經(jīng)隔離后通過(guò)輸出端提供給執(zhí)行器或調(diào)節(jié)器?；芈饭╇姼綦x器無(wú)需附加輔助電源，使用方便。

2.輸出端回路供電隔離型(PA-0371)

對(duì)于這種隔離技術(shù)，輸入輸出組件線(xiàn)路所需的電能均來(lái)自與輸出端，輸出端是以回路供電的方式獲得電能(例如，PLC輸入卡)，回路電流通常是4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，在此作為輸出信號(hào)。

輸入端可以是各種傳感器的信號(hào)，也可以是4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。這種技術(shù)的重要特點(diǎn)是流向輸出端的信號(hào)電流不僅要向隔離單元供電，而且它還要供給隔離器的負(fù)載。(例如PLC輸入卡的輸入電阻)。

3.輸出回路供電隔離，并對(duì)輸入配電型對(duì)于這種隔離技術(shù)，輸入輸出組件線(xiàn)路所需的電能均來(lái)自輸出端，輸出端是以回路供電的方式獲得電能(例如，PLC輸入卡)，回路電流通常是4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，在此作為輸出信號(hào)。

此外，輸入端還需要從輸出端獲得電能作為輔助電源，即為配電電壓，該電壓供各種變送器使用，變送器輸出電流就是隔離器的輸入電流。

這種隔離方式的隔離器很方便用于變送器與PLC或DCS之間的隔離。采用回路供電的PLC或DCS輸入卡就不需要另外的輔助電源。