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隔離器是一種採用線性光耦隔離原理,將輸入信號進行轉換輸出。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備儀錶配用。隔離器又名信號隔離器,是工業控制系統中重要組成部分。隔離器新國家標準的制訂由重慶宇通儀錶主持起草。


簡介
GD8000系列隔離器
GD8000系列隔離器
  隔離器, 信號隔離器; signal Isolator, signal converter
  隔離器是一種採用線性光耦隔離原理,將輸入信號進行轉換輸出。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備儀錶配用。
  隔離器又名信號隔離器,是工業控制系統中重要組成部分
作用原理
  系統產生干擾的原因
  在工業生產過程中實現監視和控制需要用到各種自動化儀錶、控制系統和執行機構,它們之間的信號傳輸既有微弱到毫伏級、微安級的小信號,又有幾十伏,甚至數千伏、數百安培的大信號;既有低頻直流信號,也有高頻脈衝信號等等,構成系統后往往發現在儀錶和設備之間信號傳輸互相干擾,造成系統不穩定甚至誤操作。出現這種情況除了每個儀錶、設備本身的性能原因如抗電磁干擾影響外,還有一個十分重要的因素就是由於儀錶和設備之間的信號參考點之間存在電勢差,因而形成「接地環路」造成信號傳輸過程中失真。因此,要保證系統穩定和可靠的運行,「接地環路」問題是在系統信號處理過程中必須解決的問題。
  解決「接地環路」的方法
  根據理論和實踐分析,有三種解決方案:
  第一種方案:所有現場設備不接地,使所有過程環路只有一個接地點,不能形成迴路,這種方法看似簡單,但在實際應用中往往很難實現,因為某些設備要求必須接地才能保證測量精度或確保人生安全,某些設備可能因為長期遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點。
  第二種方案:使兩接地點的電勢相同,但由於接地點的電阻受地質條件及氣候變化等眾多因素的影響,這種方案其實在實際中無法完全能做到。
  第三種方案:在各個過程環路中使用信號隔離方法,斷開過程環路,同時又不影響過程信號的正常傳輸,從而徹底解決接地環路問題。
結構
  隔離器一般由輸入信號處理單元、隔離單元、輸出信號處理單元、電源等4部份構成。雖然實際應用中的隔離器基本上都是由上述四個單元構成,但輸入、輸出的類型和數量的不同,組成了種類繁多的型號,下面的表格大致進行了歸納。
 1、輸入處理單元大致類型:
GD8000信號隔離器
GD8000信號隔離器
  
   序號 類型
    1 標準4-20MA、1-5V信號
    2 熱阻、熱偶型號
    3 開關量信號
    4 通信信號
    5 交流信號
    6 其它非標準信號(0~10V、-10~10V)
 2、輸出信號的大致類型
  序號 類型
    1 標準4-20MA、1-5V信號
    2 開關量輸出
    3 通信信號
 3、隔離單元的大致類型 
   序號 類型
   1 磁隔離
   2 光隔離
 4、電源類型(均為隔離電源)
  序號 類型
    1 自激式
    2 它激式
隔離器中的低功耗的設計
  產品的功耗是各個功能單元功耗的總和,只有降低各個功能單元的功耗才能使得總得功耗降低,增加產品的熱穩定性和壽命。隔離器主要在輸入、輸出、電源、隔離四個單元進行技術改進。
  1、 輸出單元模塊的自適應負載技術
  輸出模塊可以根據負載的大小動態調整輸出模塊的輸出功率,從而減少自身的發熱。傳統的負載設計是根據額定負載的大小設計輸出功率,當輸出負載非常小時,多餘的負載功率就耗散在儀錶內部,從而時儀錶自身發熱。假設一台隔離器的輸出負載設計為750歐姆,那麼輸出驅動功率一般設計為0.5W。如果在實際應用中此隔離器的負載使用在50歐姆的環境下,那麼就有 0.5W – 0.02W = 0.48W的功率轉換為儀錶自身的發熱。如果時多路輸出將產生更多的熱量,而降低輸出模塊的額定功率在實際應用中又難以應付市場的複雜狀況。
  2、隔離單元模塊的低功耗改進
  隔離單元是決定產品技術指標的重要單元。
  目前隔離技術主要有磁隔離與光隔離兩大類。隔離電路形式有直接調製耦合,反饋調製耦合等多種形式,具體採用什麼形式要根據產品的技術指標而定。總的來講可以大致分為開關量信號採用光隔離,模擬量信號採用磁隔離的方式。從技術複雜程度來看,磁隔離比光隔離處理技術複雜,採用磁隔離技術,設計者可以根據技術指標採用合適的設計方案,隔離的線性、精度可以根據產品的要求靈活控制。而光隔離的線性、精度只能依賴器件廠家提供的技術指標,設計人員可以調整的方式很少,也不可能超過廠家提供的技術指標。由於功耗大,光電隔離也不能實現無源隔離。磁隔離模式有電流互感模式、電流互感反饋模式、電壓互感模式、電壓互感反饋模式、電流互感功率補償模式等,電流互感功率補償模式是相對來說功耗最低的模式。
隔離器
隔離器的安裝
  3、電源模塊
  電源的技術指標是基礎,決定產品的性能。目前流行的電源拓撲形式雖然非常多,也很成熟。
信號隔離器的供電方式
  隔離器常見的供電方式有獨立供電、迴路供電和輸出迴路供電。
  獨立供電的隔離器:
  需要配備獨立20~35VDC的直流電源。這種方式的優點是隔離傳輸精度高;電源、輸入、輸出之間完全隔離,多路系統供電電源不需隔離,可保證高抗干擾性能,輸入信號可以變換為其它類型的型號。
  迴路供電的隔離器:
  在實際工業監控系統中,DCS、PLC或其他顯示儀錶具有卡件內部供電的使用越來越廣泛。迴路供電型隔離器又往往不能滿足這些卡件對信號隔離傳輸精度要求高和二線制變送器配電電壓要求高的條件。因此,輸出迴路供電型的隔離器既保留了獨立供電型隔離器的優越性能,又滿足輸出迴路供電介面的要求。
採用隔離器的優越性
  在各個過程環路中使用信號隔離辦法可以用DCS或PLC等隔離卡件或者現場帶隔離的變送器(部分設備可以做到),也可以使用信號隔離器來實現。比較起來,用信號隔離器有以下優點:
  ● 絕大部分情況,採用信號隔離器+非隔離卡件比採用隔離卡件便宜。
  ● 信號隔離器比隔離卡件在隔離能力、抗電磁干擾等方面性能更加優越。
  ● 信號隔離器應用靈活,而且它還有型號轉換和 信號分配功能,使用起來更加方便。
  ● 信號隔離器通常有單通道、雙通道、一入二出等通道形式,通道間相互完全獨立,構成系統的配置、日常維護更加方便。
  智能隔離器的說明:
  GD8000型智能隔離器是將輸入單路或雙路的電流或電壓信號,變送輸出隔離的單路或雙路線性的電流或電壓信號,並提高輸入、輸出、電源之間的電氣隔離性能。
技術特點
  本產品採用了先進的數字化技術,在對高、低頻干擾信號的抑制方面均有著優異表現,即使在大功率變頻控制系統中依然能夠可靠應用,內部採用數字化調校、無零點及滿度電位器、自動動態校準零點、溫度漂移自動補償等諸多先進技術,並符合IEC61000-4-4:1995中所規定的第四類(惡劣工業現場)環境對產品的抗電磁干擾要求,這一系列技術的應用使產品的穩定性及可靠性得到科學的保證。
  以上各項技術領先國際先進水平。
隔離器
超薄型隔離器
  適用性:
  智能隔離器可以與單元組合儀錶及DCS、PLC等系統配套使用,在油田、石化、製造、電力、冶金等行業的重大工程中有著廣泛應用。
技術參數
  系統傳輸準確度:±0.2%×F·S
  溫度漂移:≤0.005%F·S/℃
  工作溫度:工業級標準 -10~+55℃
  輸入阻抗:電流:100Ω;電壓:500KΩ
  電流輸出允許外接的負載阻抗:
  4-20mA輸出時0~500Ω;0-10mA輸出時0~1KΩ,需要更大的負載能力請在訂貨時說明。
  電磁兼容:符合IEC61000-4-4:1995中所規定的第四類(惡劣工業現場)環境對產品的抗電磁干擾要求。
  輸入/輸出/電源/通訊/雙路間絕緣強度:≥1500V.ac
  儲運環境溫度:-40~+80℃
  相對濕度:10-90%RH(40℃時)
  供電電源:交流: AC 95~265V
  直流:DC12V~32V(反接保護)
  輸入功率:0.9~1.8W(與型號有關,詳見本手冊附錄中關於輸入功率的計算方法)
  通訊介面:RS232 或 RS485,MODBUS軟體協議(選配)。
  外形尺寸:寬×高×深:22.5×100×115mm
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