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　　摘要：儀表電路中可能導(dǎo)致出現(xiàn)接地回路的原因很多。當(dāng)出現(xiàn)接地回路時(shí)，即使您采取了措施，例如使用適當(dāng)?shù)碾娎|屏蔽雙絞線(xiàn)和預(yù)防措施，它們?nèi)詫楣I(yè)現(xiàn)場(chǎng)帶來(lái)很大的問(wèn)題。一個(gè)消除接地回路的可靠方法是正確使用信號(hào)隔離器，下面提供了選擇和安裝信號(hào)隔離器的一些實(shí)用技巧。
　　
　　一、接地回路問(wèn)題
　　
　　當(dāng)信號(hào)傳輸和接收裝置連接到不同的接地點(diǎn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)對(duì)地回路。這些不同的接地點(diǎn)可能是由于設(shè)備連接到不同的電源所產(chǎn)生的，這在長(zhǎng)距離電纜傳輸時(shí)很常見(jiàn)。它們也可能是由于設(shè)備的金屬外殼與地面發(fā)生了物理接觸。這導(dǎo)致了一個(gè)不被人注意的電氣回路，從而產(chǎn)生了一個(gè)誤差源。
　　
　　任何時(shí)候，如果導(dǎo)線(xiàn)連接了兩個(gè)不同的電位（例如地電位），將產(chǎn)生電流。在實(shí)踐中，這往往包括了一個(gè)儀表回路中的信號(hào)線(xiàn)和屏蔽線(xiàn)。只在一端接地將避免產(chǎn)生對(duì)地環(huán)流，但這通常很難實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。
　　
　　由于無(wú)法在信號(hào)的接收端通過(guò)簡(jiǎn)單的觀(guān)測(cè)來(lái)測(cè)定信號(hào)的精度，因此不同接地電位產(chǎn)生的對(duì)地環(huán)流將為信號(hào)回路引入無(wú)法檢測(cè)的誤差。如果您發(fā)現(xiàn)了不明原因的信號(hào)噪聲、誤差、沖擊或鎖死，您可能有一個(gè)對(duì)地環(huán)流的問(wèn)題。
　　
　　交流或直流回路都可能產(chǎn)生對(duì)地環(huán)流。在絕大多數(shù)的電氣設(shè)備中，交流供電的中線(xiàn)只在用戶(hù)引入線(xiàn)的部分接地。任何在電氣系統(tǒng)中別處產(chǎn)生的中線(xiàn)對(duì)地連接，都將可能引入60Hz的電流入地。由于中線(xiàn)對(duì)地連接引入的電流將隨著設(shè)備的電氣負(fù)載而改變，用戶(hù)引入線(xiàn)的接地和遠(yuǎn)程設(shè)備之間的電位差將導(dǎo)致對(duì)地環(huán)流的產(chǎn)生。
　　
　　當(dāng)多個(gè)直流電壓源有一個(gè)公共連接時(shí)將出現(xiàn)一個(gè)直流回路。由于它們是連在一起的，當(dāng)一個(gè)地方產(chǎn)生電壓，將會(huì)改變另一個(gè)地方的電壓。這些電壓也會(huì)隨著負(fù)載而改變，同時(shí)無(wú)法通過(guò)傳感器或接收器的簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)進(jìn)行預(yù)測(cè)和補(bǔ)償。
　　
　　二、如何才能防止接地回路？
　　
　　信號(hào)隔離器提供了防止接地回路問(wèn)題的高度可靠和易于維護(hù)的方式。信號(hào)隔離器安裝在傳感器和接收器之間，并將他們隔離。一旦安裝，它們幾乎不需要維護(hù)和調(diào)試。
　　
　　信號(hào)隔離器通過(guò)隔離變壓器或光耦隔離器將傳感儀表和接收儀表接地連接切斷。這兩種器件都提供了高水平的隔離。
　　
　　隔離器還包括了一個(gè)低通濾波器，消除高頻EMI/RFI噪聲和60Hz的電源電壓產(chǎn)生的干擾信號(hào)。一個(gè)截止頻率為30Hz的隔離器響應(yīng)時(shí)間為11.4ms，這個(gè)速度足以滿(mǎn)足絕大多數(shù)的過(guò)程測(cè)量的需要。制造商可以根據(jù)需求提供更快響應(yīng)速度的產(chǎn)品，但是這些模塊也更容易受到噪聲的影響。
　　
　　三、如何選擇一個(gè)隔離器？
　　
　　信號(hào)隔離器是確保信號(hào)傳輸準(zhǔn)確性的zui簡(jiǎn)便方法（在總的維護(hù)成本上花費(fèi)zui少）。但是一些誤區(qū)必須避免，防止誤用和為控制系統(tǒng)帶來(lái)問(wèn)題。
　　
　　這些誤用的主要原因之一是對(duì)于如何給一個(gè)特定的回路供電的不當(dāng)理解。供電可以被并入一個(gè)儀表回路中的不同位置，例如傳感器、接收器，或信號(hào)回路。由于在很多運(yùn)行系統(tǒng)中需要采用隔離器，工程師在訂購(gòu)隔離器之前必須知道回路中這些設(shè)備如何供電。
　　
　　隔離器的供電可以有三個(gè)來(lái)源：獨(dú)立電源，輸入回路，或輸出回路。無(wú)論采用何種方法，都必須妥善設(shè)計(jì)，以免干擾傳感器和接收器所需要的電力。下面詳細(xì)討論每種方法：
　　
　　四、有源隔離器
　　
　　所有隔離器當(dāng)中zui流行的也許是有源隔離器。有源隔離器通過(guò)連接了一個(gè)230/120VAC或更通用的24VDC電源來(lái)提供負(fù)載功率并為輸出回路供電。
　　
　　在此應(yīng)用中，需要兩個(gè)電源，一個(gè)用于傳感器和輸入回路，一個(gè)用于隔離器和輸出回路。同時(shí)接收器（通常是PLC卡）和輸出回路兩者都不能獨(dú)立供電，并且要采用一個(gè)三端隔離器放大器（三端隔離指輸入/輸出，輸入/供電，輸出/供電之間的隔離）。
　　
　　五、這類(lèi)模塊的主要特點(diǎn)：
　　
　　1.相對(duì)于系統(tǒng)中大量?jī)x表和長(zhǎng)距離電纜產(chǎn)生的沉重負(fù)載，模塊在輸入回路中的負(fù)載很低，通常只有50W。這會(huì)是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。
　　
　　2.輸出回路獨(dú)立于輸入回路，成為一個(gè)新的回路。這使得輸出回路可以傳輸更長(zhǎng)的距離，并為更多的設(shè)備提供過(guò)程信息。
　　
　　3.通用模塊可提供信號(hào)轉(zhuǎn)換的功能，允許客戶(hù)自行配置輸入/輸出信號(hào)，減少庫(kù)存。
　　
　　六、輸入回路供電隔離器
　　
　　輸入回路供電隔離器廣泛用于獨(dú)立供電傳感器和無(wú)源PLC卡件。他們通過(guò)輸入回路獲得所需用電。通常供電直接來(lái)自于傳感器。一個(gè)單獨(dú)的電源不應(yīng)該連接到隔離器、接收器或輸出回路。
　　
　　這種回路供電隔離器通過(guò)輸入回路的供電驅(qū)動(dòng)自身內(nèi)部的電氣電路和輸出回路。因此，它增加了輸入回路的負(fù)載。必須納入功率計(jì)算，以確保傳感器有足夠的電壓去驅(qū)動(dòng)所有連接的設(shè)備。（制造廠(chǎng)商可以提供隔離器的壓降，值越低越好）
　　
　　另外，輸出回路的負(fù)載電阻也必須是已知的，以計(jì)算總壓降，因?yàn)檩斎牖芈返碾妷涸匆脖挥糜谳敵龌芈饭╇?。壓降可以通過(guò)以下公式計(jì)算：Vdrop=Visolator+（20mAxRoutputloop）。
　　
　　我們需要確保輸入回路的電源供應(yīng)至少可以滿(mǎn)足輸出回路所需的電量。
　　
　　輸入回路供電隔離器通常隔離電流信號(hào)，而不是電壓信號(hào)。輸入側(cè)回路電流驅(qū)動(dòng)隔離器。輸入回路供電隔離器提供輸入和輸入之間的電氣隔離。產(chǎn)品種類(lèi)可選擇一，二，四通道模塊，增強(qiáng)靈活性和節(jié)省空間。
　　
　　七、輸出回路供電隔離器
　　
　　在某些情況下，尤其是設(shè)計(jì)傳感器或接收器（控制系統(tǒng)）的改造，輸出回路供電隔離器是必要的。這些設(shè)備可用于回路中存在多個(gè)電源的情況。例如，當(dāng)傳感器和接收器（PLC有源卡件）都是獨(dú)立供電時(shí)，它們都將試圖給回路供電，而這樣是不允許的。這時(shí)，我們可以通過(guò)一個(gè)輸出回路供電隔離器將它們分開(kāi)。
　　
　　由于隔離器從輸出回路得電，它們可以用在回路中用于電流信號(hào)輸出，例如4~20mA。但是不能輸出電壓信號(hào)。輸入側(cè)可以和三端隔離放大器一樣傳輸電壓或電流信號(hào)。值得注意的是，如果輸出回路的總負(fù)載很大，輸出回路的壓降仍需考慮在內(nèi)。
　　
　　輸出回路供電隔離器提供輸入和輸出之間的電氣隔離。它們采用DIN導(dǎo)軌安裝的外殼設(shè)計(jì)，可以節(jié)約寶貴的控制柜內(nèi)軌道空間。
　　
　　八、饋電隔離器
　　
　　饋電隔離器在今天也不是一個(gè)陌生的名稱(chēng)。在某些應(yīng)用中，得到了大量的使用。本質(zhì)上，饋電隔離器是一個(gè)輸入和輸出側(cè)都往外供電的三端隔離放大器。饋電隔離放大器仍然提供輸入/輸出，輸入/供電，和輸出/供電之間的電氣隔離。
　　
　　供電電源通常是24Vdc，并直接連接到隔離器。隔離器給輸入回路和24Vdc的傳感器供電。通常電流可以達(dá)到30mA。輸入回路和輸出回路都必須是電流信號(hào)，例如4~20mA信號(hào)或智能信號(hào)。
　　
　　在這里，智能信號(hào)指的是疊加在4~20mA信號(hào)波形上的數(shù)字信號(hào)。一個(gè)典型的例子是在很多設(shè)備中使用到的HART協(xié)議。它通過(guò)在緩慢變化的電流信號(hào)上疊加一個(gè)0.5mA的正弦波來(lái)工作。正弦波工作在1200和2200Hz，并傳輸來(lái)自于傳感器的操作信息。這使得用戶(hù)可以自動(dòng)重新校準(zhǔn)傳感器或遠(yuǎn)程改變量程范圍。
　　
　　一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的隔離器會(huì)將這種高頻信號(hào)認(rèn)為是一種噪聲，并通過(guò)低通濾波器進(jìn)行消除。而智能隔離器會(huì)通過(guò)額外的電路接收并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)字信號(hào)。模塊上附加的端口可以用于手操通訊設(shè)備方便的接入回路當(dāng)中。
　　
　　九、正確的選擇帶來(lái)維護(hù)工作的zui小化
　　
　　正確的選擇和使用隔離器可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和提高可靠性。了解電源的安裝定位和選擇正確的隔離器將有助于zui大限度的降低運(yùn)營(yíng)問(wèn)題和維護(hù)需求。菲尼克斯電氣的MINIMCR系列和MACXMCR系列不僅能夠滿(mǎn)足客戶(hù)所有功能需求，同時(shí)還具有超薄外型，低功耗，底部橋接供電，多種認(rèn)證（UL，GL，CE，Ex，SIL），高電氣隔離等特點(diǎn)。為您現(xiàn)場(chǎng)的可靠運(yùn)行，提供助力。