半導(dǎo)體雙通道數(shù)字信號光耦隔離原理設(shè)計

隔離器是一種采用線性光耦隔離原理，將輸入信號進行轉(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)過程中實現(xiàn)監(jiān)視和控制需要用到各種自動化儀表、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)，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(shù)千伏、數(shù)百安培的大信號;既有低頻直流信號，也有高頻脈沖信號等等，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，還有一個十分重要的因素就是由于儀表和設(shè)備之間的信號參考點之間存在電勢差，因而形成“接地環(huán)路”造成信號傳輸過程中失真。因此，要保證系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠的運行，“接地環(huán)路”問題是在系統(tǒng)信號處理過程中必須解決的問題。

解決“接地環(huán)路”的方法根據(jù)理論和實踐分析，有三種解決方案：第一種方案：所有現(xiàn)場設(shè)備不接地，使所有過程環(huán)路只有一個接地點，不能形成回路，這種方法看似簡單，但在實際應(yīng)用中往往很難實現(xiàn)，因為某些設(shè)備要求必須接地才能保證測量精度或確保人身安全，某些設(shè)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，但由于接地點的電阻受地質(zhì)條件及氣候變化等眾多因素的影響，這種方案其實在實際中無法完全做到。第三種方案：在各個過程環(huán)路中使用信號隔離方法，斷開過程環(huán)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(huán)路問題。

功能：

BM100系列信號隔離器可以對電流、電壓等電量參數(shù)或溫度、電阻等非電量參數(shù)進行快速精確測量，經(jīng)隔離轉(zhuǎn)換成標準的模擬信號輸出。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)換器以及計算機系統(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、倉儲等行業(yè)的自動化系統(tǒng)中。

訂貨范例：

具體型號：BM100-DI/I-C12

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

通訊協(xié)議：無

輔助電源：DC24V

信號隔離器的主要作用有消除信號干擾、信號轉(zhuǎn)換和信號分配的功能。消除信號干擾主要是消除接地環(huán)路的影響，通常兩種儀表接地會存在電勢差，從而造成信號的干擾。這時就需要加一個信號隔離器，來切斷串模干擾。

信號隔離器的第一個作用，就是消除高頻電磁干擾，控制柜周圍會有大功率的電源，變頻器和電機頻繁啟動，也會造成信號的不穩(wěn)，這時就需要加一個隔離器。

因為隔離器的輸入輸出和電源是三端隔離的，來保護后端的DCS和PLC等設(shè)備，所以說隔離器它也是一個保護性的儀表。

第二個作用：信號轉(zhuǎn)換，主要是解決信號的不匹配問題，若2個儀表需要關(guān)聯(lián)但信號又不匹配，則需要加個信號隔離器起到轉(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信號轉(zhuǎn)成標準的4-20mA可以遠距離傳輸，也有的將位移的電阻信號轉(zhuǎn)成4-20mA信號等等，這都是解決信號不匹配的問題。

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

此外，信號隔離器還有三個不太常見的功能：

① 給現(xiàn)場的變送器和傳感器提供供電電源，這時就起到配電作用。

② 解決信號電源的沖突，這時也需要加一個隔離器。

③ 解決非線性信號的線性化處理，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)。

無源信號隔離器的三種形式，信號隔離器可分為有源信號隔離器和無源信號隔離器。下面主要講述無源信號隔離器。

1.輸入端回路供電隔離型(PA-0133)

對于這種隔離技術(shù)，輸入輸出組件線路所需的電能均來自于輸入端，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標準信號，在此作為輸入信號(例如，PLC輸出卡)，輸入信號經(jīng)隔離后通過輸出端提供給執(zhí)行器或調(diào)節(jié)器。回路供電隔離器無需附加輔助電源，使用方便。

2.輸出端回路供電隔離型(PA-0371)

對于這種隔離技術(shù)，輸入輸出組件線路所需的電能均來自與輸出端，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標準信號，在此作為輸出信號。

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

3.輸出回路供電隔離，并對輸入配電型對于這種隔離技術(shù)，輸入輸出組件線路所需的電能均來自輸出端，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標準信號，在此作為輸出信號。

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。