淺析工業(yè)控制系統(tǒng)中重要的組成部分信號調(diào)理模塊的原理與應用

信號調(diào)理模塊或稱隔離變送器，是采用光電、磁電等隔離技術，實現(xiàn)輸入輸出信號相互隔離轉(zhuǎn)換的裝置。因其抗干擾能力強，傳輸精度高，廣泛應用于儀器儀表、油田、石化加工、裝備制造等領域，是工業(yè)控制系統(tǒng)中重要的組成部分。

1.什么是信號調(diào)理模塊？

信號調(diào)理模塊本質(zhì)上就是隔離放大器，其主要作用就是用于信號的放大和前端電路的保護，由于它本身的隔離電壓很高，極大的提升了測量設備在惡劣條件下使用不被擊穿的性能。在工業(yè)自動化領域主要是對電壓電流、AC交流、4-20mA、0-5V、mV毫伏、PWM脈沖、Hz頻率、Pt100熱電阻、正弦波、方波、電位器、轉(zhuǎn)速等各種信號進行變送、轉(zhuǎn)換、隔離、放大、遠傳的集成電路，可與各種工業(yè)傳感器配合使用，滿足用戶本地監(jiān)視遠程數(shù)據(jù)采集的需求，同時提高系統(tǒng)的適應度和環(huán)境可靠性，對工業(yè)生產(chǎn)具有不可小覷地作用。

圖 1 信號調(diào)理模塊

2.信號調(diào)理模塊的三隔離概念

信號調(diào)理的三隔離指的是：信號的輸入和輸出之間隔離;電源的輸入和輸出之間隔離;信號通道和電源通道之間隔離。如圖 2所示。

圖 2 信號調(diào)理的三隔離概念

三隔離對產(chǎn)品而言，電源和信號傳輸之間有高阻斷開，降低相互影響，信號的隔離讓地環(huán)路、前后級的相互影響也盡量阻隔。

3.信號調(diào)理的隔離傳輸應用

如圖 3所示，MCU處理數(shù)字溫度、濕度傳感器的信號，處理完畢后，通過信號調(diào)理模塊隔離，再傳送出去，以便跟現(xiàn)場的電流輸入，或電壓輸入型電力儀表相連，同時具備隔離的功能，防止傳感器前端的干擾信號串入現(xiàn)場的電力儀表、PLC，DCS等。

圖 3 信號調(diào)理的隔離傳輸應用

一般，MCU處理后的溫度、濕度信號，會通過DA轉(zhuǎn)為電壓模擬量，而現(xiàn)場的儀表、DCS等，可能需要電流輸入信號，或電壓輸入信號，對此，可選用對應的信號調(diào)理模塊實現(xiàn)不同的輸出接口。推薦型號如下：

4.傳感器前端的應用

有些電力系統(tǒng)的溫濕度采集應用中，采用模擬量輸出的溫/濕度傳感器，MCU離傳感器比較遠，溫度、濕度傳感器的信號傳到MCU處時，因傳感器的信號較小，且線路較長，引入了額外的干擾，有用的信號可能被干擾信號淹沒。

此時，如圖 4所示，在傳感器和MCU之間，使用電流輸出型的ZCM模塊，將傳感器的電壓信號隔離轉(zhuǎn)換成電流信號，送給MCU處理，在對信號進行放大隔離的同時，還可大大增強信號的傳送距離，降低信號的失真。