自动控制系统中模拟量输入隔离器的重要作用

刘建营

（河钢集团唐钢股份有限公司信息自动化部 河北 唐山 063000）

在现代控制系统中，为实现对流量、压力等模拟量的精确控制，需要实时采集这些模拟量的实际值。只有当控制装置和分布在现场的传感器和执行器之间的模拟信号传输无故障并且不失真时，才能保证过程控制安全可靠。负责检测这些模拟量的传感器大多数安装在环境复杂的生产现场，而且大多数传感器产生的反馈信号为0～20mA、4～20mA电流或很小的毫伏级电压，因此，现场的动力电缆、高压电缆以及运行中的高功率用电设备会对传感器产生的模拟量输入信号产生干扰，导致反馈值产生波动或偏离实际值，造成自动控制系统不能实现对流量、压力等模拟量的有效精确的控制。有害信号通过模拟量反馈信号电缆进入模拟量输入模块，会造成整个模块不能正常工作，甚至会造成输入模块的损坏，造成生产事故，给生产和设备造成损失，影响企业利润。因此，在自动控制系统中使用模拟量输入隔离器是非常必要的。

隔离器实现了输入对输出对电源对地的四端三重隔离电路设计，因此无需系统接地线路，给设计及现场施工带来极大方便。也正是由于这种信号线路无需共地的设计，使得检测和控制回路信号的稳定性和抗干扰能力大大增强，从而提高了整个系统的可靠性。另外，这种隔离器产品除具备极强的滤波能力外，还有更强的信号处理能力，能够接受并处理热电偶、热电阻、频率等各种信号。

笔者在工作中接触最多的是深圳万讯自控股份有限公司生产的万讯牌隔离器。如图1。

图1

该种隔离器有两个通道，即可以在一个隔离器上接两个模拟量输入信号，经济实用，使用中需要给隔离器外接直流24V电源。该隔离器有供电功能，可以为现场两线制传感器提供工作电源，通过改变接线方式，该隔离器还可以外接四线制传感器，即该种隔离器既可以外接两线制传感器，又可以外接四线制传感器，且对这两种传感器的反馈信号都能起到很好的隔离作用。这种隔离器在使用过程中不需要进行任何设置，可以直接接入到电路中，方便可靠。

模拟量输入隔离器的作用主要有以下几点：

（1）滤除模拟量输入信号中的干扰信号，使模拟量反馈值稳定、准确。模拟量输入信号中的干扰信号多来自于现场的高压电缆及运行中的高功率用电设备，如交流电动机。由于现场条件的限制，传感器不能安装在这些设备的影响范围外。因此，模拟量输入信号中混入干扰信号在所难免。笔者所在的钢铁公司有一座钢水精炼炉，炉盖冷却为水冷。为保证水冷效果，在冷却水回水管路上安装有一台流量传感器，用来反馈冷却水流量，以便在发现冷却水流量低于正常水平时及时采取措施，防止炉盖因高温损坏。在生产过程中发现，该流量反馈值经常发生跳变，且每次跳变持续1～2分钟，然后又恢复到正常值，经过一段时间后又发生类似情况。负责仪表的人员起初以为流量传感器损坏，但更换流量传感器后情况没有好转。后来通过观察发现反馈值发生跳变的情况总在运送钢水的钢包车经过流量传感器附近时发生。该钢包车传动系统为两台380V变频调速电机。遂怀疑是钢包车运行时产生的电磁信号对传感器的反馈值产生了干扰，但由于现场条件的限制，传感器的安装位置无法改变，因此在传感器反馈值进入模块之前加装了万讯隔离器，之后反馈值一直稳定，不再受钢包车运行的干扰，为正常生产提供了保证。

（2）滤除模拟量输入信号中的冲击电流、电压等有害信号，保护模拟量输入模块，防止模拟量输入模块损坏。在现场传感器周围难免有高压设备及动力电缆，电缆绝缘外皮因某种原因一旦破损，就会有短路情况发生，瞬间产生很大的电流，一旦这种电流进入模拟量反馈信号线并到达模拟量输入模块，就会导致模块损坏。笔者所在的钢铁公司，其所属的真空精炼炉现场有很多流量及压力传感器，采用图尔克模块作为模拟量输入模块。由于现场环境温度高，现场动力电缆绝缘皮老化速度快，经常出现破损的情况，从而导致短路事故的发生。同时图尔克模块也经常损坏，模块一旦损坏，其上所连接的所有模拟量反馈值都无法监控，必须更换模块，而且每次更换时都必须停止生产，给生产造成很大影响。后来在模拟量输入信号进入模块之前安装了万讯隔离器，输入模块没有再发生经常损坏的情况，效果明显。

（3）隔离干扰信号，保证模拟量输入模块正常工作。干扰信号不仅会造成某一个模拟量反馈值不正常，而且会造成整个模拟量输入模块不能正常工作，导致这个模块上的所有模拟量反馈值无法监控。笔者所在的钢铁公司的真空精炼炉有一个镁粉喷吹控制柜，该控制柜在安装调试时发现当一个来自压力传感器的接线接到模拟量输入模块上时，该模块即不能正常工作，其上所接的所有模拟量反馈值都变为零，将其摘除后，模块工作正常，其它反馈值也正常。后来在该压力反馈接线接到模块之前加装了万讯隔离器，结果包括该压力反馈在内的所有反馈值都正常，模块工作正常。

结语

现代自动控制系统主要对模拟量进行闭环控制，在自动控制过程中需要大量采集模拟量信号，然而由于现场有很多高电压、大电流、大功率的设备，因此，模拟量信号在进入模块之前受到干扰在所难免。而在模拟量反馈信号进入模块之前加装隔离器，是解决这一问题的有效手段。隔离器不仅可以滤除干扰信号及冲击电流、电压，还可以隔离干扰信号，保证整个模拟量输入模块正常工作。因此，模拟量输入隔离器在自动控制系统中的作用是非常大的。