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電氣隔離和電磁兼容--隔離端子抗干擾的基本要求淺析

2019年04月03日 08:44 ? 次閱讀

出產過程監督和控制中要用到多種自動化儀表、面臨越來越惡劣的環境,為解決干擾,儀表接進的隔離端子必需達到兩個基本要求:第一是解決各種設備、儀表“地”之間的差,即信號參考點的電位差;第二是電磁兼容。

一 電氣隔離和電磁兼容--隔離端子抗干擾的基本要求

1. 電氣隔離的兩個原則

不同設備儀表的、帶有不同共模的信號輸進到DCS、PLC等控制系統,如果不加處理而直接聯進,可能泛起因信號具有“共模不同”的干擾。所謂“共模不同”主要指信號間的參考點電位差。隔離端子的輸進/輸出電氣隔離特性使它按捺共模信號的能力很強,它可將帶有共模的信號經由隔離輸出成為不含共模的信號。所以只要在每路外部信號和控制系統的采集板之間插進隔離端子就能解決這個標題題目。

還有一種情況,要求一個信號既能向顯示儀表輸送信號,又能傳送給變頻器之類的設備。這時除了輸進和輸出隔離之外,要求2個輸出之間相互隔離以消除設備互擾。此時可使用隔離式信號分配器,如圖1的WS15242。

電氣隔離和電磁兼容--隔離端子抗干擾的基本要求淺析

綜上所述,解決參考點電位差類型的干擾要遵循兩個原則。第一:外部設備信號與中央處理系統(例如PLC、DCS)之間要進行電氣隔離。

第二:外部信號(對系統的接口而言,不管是接收來的信號仍是向外發出的信號)之間要相互電氣隔離。系統安裝遵循了這兩個原則,就能完全克服因為參考點電位差引進的干擾。

大多數隔離端子都要外加工作電源,一般為DC 24V或AC 220V。這個電源在為輸進、輸出部門供電時必需確保在電氣上與輸進/輸出兩個部門隔離。這種輸進/輸出/外加工作電源之間相互隔離的產品稱為全隔離端子。從理論上講,這種供電方式無論隔離端子數量多少,均可用一臺電源供電。這樣的連接符合上述兩個原則。

電氣隔離和電磁兼容--隔離端子抗干擾的基本要求淺析

2. 電磁兼容

根據國際電工委員會(IEC)定義,電磁兼容(EMC)是電子設備的一種功能。電子設備在電磁環境中能完成其功能,而不產生不能容忍的干擾。

按EMC尺度,要求隔離端子達到:在電磁干擾環境中能正常工作,無機能降低或故障,保證精確度、不亂性等參數變化在劃定范圍內。同時隔離端子作為電磁騷擾源而產生的電磁強度也要控制在劃定范圍內,減弱它對環境的電磁污染。

電氣隔離和電磁兼容--隔離端子抗干擾的基本要求淺析

國際電工委員會(IEC)在1997年和1999年發布了關于工業環境中的抗擾度試驗、工業環境中的發射尺度作為電磁兼容通用尺度。我國也發布了與它等同的文件:GB/T17799.2-2003和GB17799.4-2001。歐盟CE也有同樣尺度,規范進進歐盟市場的產品。這些文件也是隔離端子應該達到的尺度。

形成電磁干擾后果必需具備3個基本要素,即電磁騷擾源、耦合通道、敏感設備。EMC設計的任務就是減弱騷擾源能量、堵截耦合通道、提高設備對電磁干擾的抵擋能力。隔離端子的EMC也要從設計做起。因為它屬于處理信號的儀表,功率小,對外發射能量也低。在設計上只要稍加注意減弱產品對環境的電磁污染,“工業環境中的發射尺度”要求比較等閑達到。它的設計重點在提高對電磁騷擾的抵擋能力。圖2給出兩種隔離端子在射頻調幅電磁場試驗中輸出信號的變化情況,用以說明電磁兼容的重要性。

二 應用選擇

1. 依據接口選擇產品

工業過程控制中最常見的信號是4~20mA、0~10V,壓力、溫度、流量等物理量要轉換成4~20mA、0~10V信號送計算機處理。將這些物理量轉換為4~20mA、0~10V信號的設備稱為變送器。圖3為隔離溫度變送器應用連線圖。圖中Pt100是以電阻變化體現溫度變化的溫度傳感器,所以連接線的引線電阻會引進誤差。WS9050、WS2050這類變送器具有長線補償功能,可消除引線電阻的誤差并有線性化功能,確保轉換精確度。

WS2050這類二線制變送器,它的電源與輸出共“地”,沒有隔離。當多個Pt100經由多路WS2050輸送到PLC時,雖然輸出共用一個24V電源,只要輸出接到有共同參考點的模擬量輸進板,這種連接就符合本文上述指出的兩個原則。需要注意的是:多路WS2050接到不同的PLC就要使用各自的24V電源。

電氣隔離和電磁兼容--隔離端子抗干擾的基本要求淺析

針對變送器的隔離還有另一種方式,傳感器和變送器為一體而又必需放置在現場指定地點。此時一般把隔離端子安頓在中央控制室機柜中,由機柜中的隔離端子為現場變送器配送電源。圖4給出了針對不同接口的兩種產品連線圖。使用哪一種要根據PLC接口情況決定。

現場調試也會泛起儀表和PLC接口不匹配,發送設備為四線制變送器輸出4~20mA,而接收端4~20mA的接口為二線回路供電方式(圖5中24V電源和RL方式),若直接連接將造成電源沖突。解決方法是采用隔離端子將現場的4~20mA接收并隔離,在隔離端子內部輸出部門安裝一個專用電路用以匹配和PLC的二線回路供電接口方式。見圖5。這種隔離端子也可以處理0~10V,0~5A AC等輸進電壓電流信號。

圖3至圖5表明選擇隔離端子首先依據輸進端口是接傳感器仍是電壓電流信號、或者是接二線制變送器,其次輸出是電壓仍是電流,如果輸出是4~20mA電流還要確定是圖4的PLC兩種接收方式的哪一種。

電氣隔離和電磁兼容--隔離端子抗干擾的基本要求淺析

一般4~20mA電流信號隔離器需要外接工作電源。這里推薦一種不用另外再加電源的隔離器WS1562。如圖6。WS1562的最大特點是無需外接電源,接線簡捷、功耗低、可靠機能高,多路連接符合上述兩個原則。

電氣隔離和電磁兼容--隔離端子抗干擾的基本要求淺析

圖7是WS1562在輸出為20mA前提下,輸出負載和輸進端電壓關系曲線。VIN表示輸進端電壓、RL表示輸出負載電阻、VO表示輸出負載電阻上的電壓。

電氣隔離和電磁兼容--隔離端子抗干擾的基本要求淺析

圖8給出兩種無源隔離器輸出負載對線性度曲線,其中實線描繪的機能較好,輸出負載電阻RL從0~500Ω變化,線性度都在0.2%以內。

電氣隔離和電磁兼容--隔離端子抗干擾的基本要求淺析

2. 主要參數選取

選擇隔離端子除了要確定功能、注意適應前后端接口外,尚有精確度、功耗、噪音、盡緣強度、總線通信功能等良多參數需要使用者慎選

精確度長短常重要的參數。與它有關系的參數良多。時間漂移和溫度漂移2個參數表明了

精確度的不亂程度,要求這2個參數值越小越好。

另一個對精確度產生影響的參數是噪音。因為隔離端子一般采用DC/DC產生隔離電源給產品內部電路供電,而輸進信號也要先被調制成脈沖再經由隔離帶(光耦變壓器)然后解調到輸出。以CPU為核心的隔離端子也存在脈沖信號。這些工作脈沖的頻率多在20kHz~500kHz范圍,它的邊緣陡峭、諧波豐碩,對信號的污染很難消除。如果噪音幅度高,數據采集器收集到信號的誤差就大,所以噪音的峰值和能量越小越好。

功耗是指隔離端子工作時消耗的電能,它和產品的內部熱量溫度有關。圖9給出兩種具有不同功耗的隔離端子按2種排列方式:獨立放置、10只一排緊密排列前提下,內部溫度和環境溫度(產品仿單上稱為:工作溫度)的關系曲線。

圖9中D曲線表明當產品本身消耗功率較大、處于緊密排列、環境溫度較高時,產品內部溫度就高。長時間的高溫環境將使產品內部集成電路參數蛻變、電阻阻值變化、電容漏電增大等,導致產品機能下降、可靠性降低、甚至失效。

電氣隔離和電磁兼容--隔離端子抗干擾的基本要求淺析

隔離端子設計日趨小型化,其目的就是少占空間,允許密集安裝。密集安裝就存在散熱標題題目,進一步講,必需降低產品工作電流,降低產品內部溫度,這是提高產品可靠性的措施之一。

隔離端子采用導軌安裝,連接采用端子接線,合用安裝在機柜中,它的接線拆換利便。

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高頻無極燈的電磁兼容問題解析

2Q18數據中心集成系統的市場分析資料說明

好了,不和大家扯了,今天我們來看看Gartner最新發布的2Q18數據中心集成系統的市場分析,特別是...

發表于 2019-02-17 10:58 ? 1084次閱讀
2Q18數據中心集成系統的市場分析資料說明

投入式液位變送器鐘罩型配重結構的原理及設計

今天為大家介紹一項國家發明授權專利——投入式液位變送器鐘罩型配重結構。該專利由北京京儀北方儀器儀表有...

發表于 2019-02-17 10:14 ? 86次閱讀
投入式液位變送器鐘罩型配重結構的原理及設計

淺析電磁輻射騷擾原因查找及整改步驟

本文將以摩爾實驗室多年的EMC經驗,以信息技術產品為例簡單介紹輻射騷擾的測試方法以及如何查找失敗原因...

發表于 2019-02-17 09:42 ? 576次閱讀
淺析電磁輻射騷擾原因查找及整改步驟

電磁兼容隔離技術的幾種隔離方式

電力電子設備包括兩部分,即變換部分與控制部分。前者屬于功率流強電范疇,后者屬于信息流弱電范疇。一般情...

發表于 2019-02-17 09:41 ? 341次閱讀
電磁兼容隔離技術的幾種隔離方式

電磁兼容基礎方面問題總結

記錄一個看起來非常有道理的電磁兼容設計方法論。作者將電磁兼容的設計過程分成六個層次,從第一層開始,電...

發表于 2019-02-17 09:26 ? 203次閱讀
電磁兼容基礎方面問題總結

車載設備中的電磁兼容設計技巧及方法

電磁兼容設計的目的是使所設計的設備在復雜電磁環境中實現電磁兼容,因此在進行電磁兼容設計時應滿足以下要...

發表于 2019-02-15 15:00 ? 108次閱讀
車載設備中的電磁兼容設計技巧及方法

探析開關電源傳導與輻射

開關電源的傳導發射和電磁輻射發射相對其它產品來說更加難以實現電磁兼容,但如果我們對開關電源產生電磁干...

發表于 2019-02-14 15:44 ? 620次閱讀
探析開關電源傳導與輻射

淺談電磁兼容性設計的三規律三要素五層次

本文介紹了電磁兼容性(EMC)三大規律、EMC問題三要素、電磁干擾的特性、以及五層次EMC設計法。幫...

發表于 2019-02-14 15:41 ? 399次閱讀
淺談電磁兼容性設計的三規律三要素五層次

電磁兼容設計和電路的ESD保護需要考慮哪些因素

電磁干擾通常有兩種情形,即傳導干擾和輻射干擾。傳導干擾是指通過導電介質把一個電網絡上的信號耦合(干擾...

發表于 2019-02-14 15:03 ? 815次閱讀
電磁兼容設計和電路的ESD保護需要考慮哪些因素

淺析電源PCB設計與EMC的關聯

說起開關電源的難點問題,PCB布板問題不算很大難點,但若是要布出一個精良PCB板一定是開關電源的難點...

發表于 2019-02-13 14:54 ? 531次閱讀
淺析電源PCB設計與EMC的關聯

質量流量計的應用問題與常見錯誤代碼的故障處理

傳感器和變送器之間最長電纜限制1000ft(300m)。傳感器與大的變送器或電動機之間至少要有0.6...

發表于 2019-02-13 14:38 ? 780次閱讀
質量流量計的應用問題與常見錯誤代碼的故障處理

DIX4192-Q1 汽車類集成式數字音頻接口接...

DIX4192-Q1器件是一款高度集成的CMOS器件,適用于專業和廣播數字音頻系統.DIX4192-Q1將數字音頻接口接收器( DIR)和發送器(DIT),兩個音頻串行端口以及用于功能塊數據和時鐘互連的靈活分布邏輯完美結合。 DIR和DIT兼容AES3,S /PDIF,IEC 60958和EIAJ CP-1201接口標準。音頻串行端口和DIT能夠以高達216kHz的采樣率運行.DIR鎖定范圍包括介于20kHz到216kHz之間的采樣率。 DIX4192-Q1器件通過四線串行外設接口(SPI)端口或雙線I 2 C總線接口存取的片上控制寄存器和數據緩沖器進行配置。通過狀態寄存器,可以訪問來自不同功能塊的各種標記和錯誤位。該器件提供了開漏中斷輸出引腳,該引腳通過控制寄存器設置由靈活的中斷報告和屏蔽選項提供支持。該器件還提供了主復位輸入引腳,以供通過主機處理器或監測功能行初始化。 DIX4192-Q1器件不僅需要一個3.3V電源來為部分DIR,DIT以及線路驅動器和接收器功能供電,還需要一個1.8V內核邏輯電源。單獨的邏輯I /O電源支持在1.65V到3.6V范圍內運行,且兼容通常位于數字信號處理器和可編程邏輯器件上的...

發表于 2018-09-25 15:43 ? 29次閱讀
DIX4192-Q1 汽車類集成式數字音頻接口接...
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