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(1)地環流干擾
在工業生產過程中實現監視和控制需要用到各種 自動化 儀表、控制系統和執行機構,他們之間的號傳輸既有弱到毫伏級、毫安級的小號;又有幾十伏,數千伏、數百安培的大號;既有低頻直流號,也有高頻脈沖號等等,構成系統后往往發現在儀表和設備之間傳輸相互干擾,造成系統不穩定甚至誤操作,出現這種情況除了每個儀器、設備本身的性能原因如抗電磁干擾影響,還有一個十分重要的原因就是各種儀器設備根據要求和目的都需要接地,例如為了,機殼需要接大地;為了使電路正常工作,系統需要有公共參考點;為了抑制干擾加屏蔽罩,屏蔽罩也需要接地,但是由于儀表和設備之間的參考點之間存在電勢差(也就是各設備的共地點不同)因而形成“地環流”、“接地環流”問題是在系統處理號過程中必須解決的問題。
(2)自然干擾
雷電是一種主要的自然干擾源,雷電產生的干擾可以傳輸到數千公里以外的地方。雷電干擾的時域波形是疊加在一串隨機脈沖背景上的一個大尖峰脈沖。宇宙噪音是電離輻射產生的,在一天中不斷變化。太陽噪音則隨著太陽活動情況的劇烈變化。自然界噪聲主要會對通訊產生干擾,而雷電能量尖蜂脈沖可以對很多設備造成損壞,應該加以避免或降低損壞程度,減少損失。
(3)人為干擾
電磁干擾產生的根本原因是導體中有電壓或電流的變化,即較大dv/dt或di/dt.dv/dt或di/dt能夠使導體產生電磁波輻射。一方面,人們可以利用這一特點實現特定功能,例如,無限通、雷達或其他功能,另一方面,電子設備在工作時,由于導體中的dv/dt或di/dt會產生伴隨電磁輻射。無論主觀上出于什么目的,客觀上對電磁環境造成了污染。還有工廠企業在生產過程中會經常有一些大型的設備(電機、 變頻器 )頻繁開關,他們也會造成一些容性、感性的干擾,也將影響儀器儀表正常顯示或采集。凡是有電壓電流突變的場合,肯定會有電磁干擾存在。數字脈沖電路就是一種典型的干擾源,隨著電子技術的廣泛應用,電磁污染情況會越來越嚴重.
優越性
在各個過程環路中使用號隔離器辦法可以用DCS或 PLC 等隔離卡件或者現場帶的隔離的變送器(部分設備可以做到),也可以用號隔離器來實現。比較起來,用號隔離器有以下優點:
·絕大部分情況,采用號隔離器+非隔離卡件比采用隔離卡件便宜
·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
·號隔離器應用靈活,而且它還有號轉換和號分配及接口轉換等功能,使用起來更加方便
·號隔離器通常有單通道、雙通道、通道間相互完全獨立、構成系統的配置、日常維護更加方便。
操作原則
經典案例可以說明號隔離的重要性:某大型公司的生產線調試中。控制系統的號輸入板有八個通道,八個通道共用一個A/D轉換器,經過變換后,由光電耦合元件實現與主機電路的隔離。但它的八個通道輸入之間并沒有隔離,八個通道輸入號每個單獨接入控制系統均正常,接入多于兩個外部號時,控制系統顯示數字亂跳,故障無法排除。
又如某鍋爐控制系統檢測鍋爐各點溫度,使用K分度熱電偶作為傳感器,同上述相似,僅檢測一點均正常,但是向控制系統接入兩點以上熱電偶時,控制系統顯示的溫度明顯錯誤。
原因如下:兩個現場儀表(A,B)向控制系統傳送號以及控制系統向兩臺現場儀表發出號。假定傳送的均為1~5VDC號。理想情況,控制系統及兩個現場儀表“地”電位完全相等,傳送過程中又沒有其他干擾,從控制系統輸入來看,接收的號正確。但實際上現場儀表不可能做到地電位完全相等,通常存在“地”電位差,若A儀表“地”與控制系統"地"同電位,B儀表比它們的“地”電位高0.1V,A儀表傳送給控制系統的號為1~5VDC,而B儀表傳送給控制系統的號則為1.1~5.1VDC,這樣控制系統的誤差就產生了。同時A、B儀表的“地”線在控制系統處匯合聯接。將0.1V電壓加在控制系統的地線上,有可能損壞控制系統的局部器件,同時在控制系統上顯示錯誤數據。由此引起了上述現場調試中出現的問題,這兩種情況在接入隔離器后均完全正常。
隔離器之所以能起到這個作用,就是它具有使輸入/輸出/電源在電氣上完全隔離的功能,即在輸入/輸出/電源之間沒有公共的“地”。輸入號無論是否受到接“地”的干擾,經隔離處理后的輸出號“地”與現場儀表“地”完全隔離沒關系。正是由于這個原因,實現了輸入到控制系統輸入板的多個現場儀表號之間隔離,了這些號之間“地”的聯系。
由于隔離器的工作電源是為隔離器的輸入、輸出兩部份同時供電,要保證隔離器輸入/輸出號隔離,也必須確保隔離器的工作電源在電氣上與這兩個部分完全隔離。這種輸入/輸出/電源之間相互隔離的隔離器常稱為三隔離或全隔離隔離器。 這種供電方式,在供電電源功率許可的情況下無論隔離器數量多少,均可使用一臺電源供電,不會產生相互干擾。若隔離器的工作電源沒有與隔離器的輸入/輸出部分隔離,嚴格地說隔離器的輸入/輸出號也沒有被隔離,因為隔離器的輸入/輸出號“地”可以通過工作電源連接到一起。
以上敘述了號輸入的隔離情況,同樣在控制系統向現場儀表傳輸號時也存在類似的問題。采用三隔離隔離器就可以解決這樣的問題。
隔離方式
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2 儀器結構與測溫原理
2·1 測量原理
如圖1所示,反射鏡與探測器對稱地置于待測表面法線的兩側。當反射鏡不起作用時,探測器接收到的輻射能P1為
式中:D為光瞳口徑,f′為光學接收系統的焦距,τ0為大氣的傳播系數,A為探測器的靈敏元面積,η為調制盤的調制系數,ελ為溫度為T的待測目標在波長λ處的發射率,Lλ為溫度為T的黑體在波長λ處的輻射出射度,τλ為光學系統對波長為λ的光的總透過率。
當反射鏡起作用時,反射鏡將紅外輻射反射回待測區域的單色輻射能為
并結合式(1)或式(2),即可求出待測表面的溫度。式(6)中,h為Planck常數,k為Boltzmann常數,c為光速。
2·2 儀器結構
該儀器主要由光學接收系統、號放大與處理系統及顯示系統三部分組成。工作時,接收鏡頭接收到的光號(P1、P2),經窄帶干涉濾光片濾光后,再經由PIN硅光電二極管構成的光電轉換系統轉換成電號。該號經前置放大、選頻放大、脈寬壓縮、模-數轉換后送入8031單片機系統進行數據處理,計算出待測表面的發射率及溫度。
電路中所需的各種觸發與同步號,均由同步光電系統產生:透過調制盤上鑲嵌的同步濾光片的光號,先經光電轉換系統轉變成電號,再經整形放大后送入8031單片機,適當延時后分別去觸發、同步各個需要觸發和同步的號。
調制盤的結構簡圖見圖2。其中1、2、4號窗口貼的是波長為0·80μm的窄帶干涉濾光片(帶寬20nm)。3號窗口貼的是波長為1·00μm的濾光片,帶寬約0·1μm(無嚴格要求)。5、6號窗口貼的是波長為1·00μm的濾光片(帶寬也無嚴格要求)。調制盤的轉速為1 200 r/min。
調制盤的具體調制情況如下:(1)當待測表面的光輻射透過3號窗口到達反射鏡、并由反射鏡反射后再次穿過3號濾光片回到待測區域時,1號窗口正對探測器。對于這種情況,反射鏡不起作用。這是因為透過3號濾光片后又回到待測區域的光的中心波長為1·00μm,帶寬約0·1μm。而1號窗口只能通過中心波長為0·80μm、帶寬僅20 nm的光,因此探測器接收到的僅是“直射”能(P1);此時,由5號窗口透過的光輻射形成觸發、同步號;(2)當待測表面的光輻射透過4號窗口到達反射鏡、并由反射鏡反射后再次穿過4號窗口回到待測區域時,2號窗口正對探測器。對于這種情況,反射鏡起作用。探測器接收到的是“直射”能與“反射”能之和(P2);此時,由6號窗口透過的光輻射形成觸發、同步號;(3)當待測表面的光輻射透過1號窗口到達反射鏡時,3號窗口正對探測器。情況與(1)類似,不同的只是探測器接收到的是波長為1·00μm的光輻射。后續電路雖對該號進行放大處理,但因模-數轉換電路沒有觸發號和同步號,因此不對其進行模-數轉換;(4)當待測表面的光輻射透過2號窗口到達反射鏡時,4號窗口正對探測器。情況與(3)類似,不同的只是探測器接收到的是波長為0·80μm的光輻射。后續電路雖對該號進行放大處理,但同樣因模-數轉換電路沒有觸發號和同步號,故不對其進行模-數轉換。
智能號配電器輸入單通道或雙通道二線制電流號,變送輸出隔離的單路或雙路電流 或電壓號,號輸入、號輸出、電源三者之間互相隔離,可有效解決現場存在的各類號干擾,并根據現場要求,進行號處理轉換和分配,在現場與各類顯示控制儀表及DCS、PLC等系統配套使用,在環保、電力、冶金、裝備制造、石化等行業的重大工程中有著廣泛應用。
中文名 智能號隔離器 1 配電器輸入單通道 2 變送輸出隔離的單路或雙路電流 3 環保、電力、冶金
隔離器是一種采用線性光耦隔離原理,將輸入號進行轉換輸出。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表配用。隔離器又名號隔離器,是工業控制系統中重要組成部分。
號隔離器 安裝方式 導軌安裝 測量精度 0.2% 工作溫度 0~50攝氏度 原 理 線性光耦隔離
作用原理
系統產生干擾的原因
在工業生產過程中實現和控制需要用到各種自動化儀表、控制系統和執行機構,它們之間的號傳輸既有弱到毫伏級、安級的小號,又有幾十伏,甚至數千伏、數百安培的大號;既有低頻直流號,也有高頻脈沖號等等,構成系統后往往發現在儀表和設備之間號傳輸互相干擾,造成系統不穩定甚至誤操作。出現這種情況除了每個儀表、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于儀表和設備之間的號參考點之間存在電勢差,因而形成“接地環路”造成號傳輸過程中失真。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:
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,不能形成回路,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身,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,但由于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做到。
第三種方案:在各個過程環路中使用號隔離方法,斷開過程環路,同時又不影響過程號的正常傳輸,從而徹底解決接地環路問題。
抗干擾
1、供電系統的抗干擾設計 對傳感器、儀器儀表正常工作危害嚴重的是電網尖峰脈沖干擾,產生尖峰干擾的用電設備有:電焊機、大電機、可控機、繼電接觸器、帶鎮流器的充氣照明燈等。尖峰干擾可用硬件、軟件結合的辦法來抑制。
干擾控制器
(1)用硬件線路抑制尖峰干擾的影響。常用辦法主要有三種:
(2)①在儀器交流電源輸入端串入按頻譜均衡的原理設計的干擾控制器,將尖峰電壓集中的能量分配到不同的頻段上,從而減弱其破壞性;
(3)②在儀器交流電源輸入端加超級隔離變壓器,利用鐵磁共振原理抑制尖峰脈沖;
(4)③在儀器交流電源的輸入端并聯壓敏電阻,利用尖峰脈沖到來時電阻值減小以降低儀器從電源分得的電壓,從而削弱干擾的影響。
(2)利用軟件方法抑制尖峰干擾。對于周期性干擾,可以采用編程進行時間濾波,也就是用程序控制可控硅導通瞬間不采樣,從而有效地干擾。
(3)采用硬、軟件結合的看門狗(watchdog)技術抑制尖峰脈沖的影響。軟件:在定時器定時到之前,CPU訪問一次定時器,讓定時器重新開始計時,正常程序運行,該定時器不會產生溢出脈沖,watchdog也就不會起作用。一旦尖峰干擾出現了“飛程序”,則CPU就不會在定時到之前訪問定時器,因而定時號就會出現,從而引起系統復位中斷,保證智能儀器回到正常程序上來。
優質信號隔離器廠家_盾開電氣(吉安市永豐縣分公司),聯系人:鄭科,浙江省溫州市樂清經濟技術開發區。