在了解應用場景前,首先要明白信號隔離器解決的三大核心問題:
消除接地環路(最主要的功能): 當控制系統中有兩個或多個設備分別接地,且接地點之間存在電位差時,就會形成“接地環路"。這個電位差會導致一個疊加在信號上的干擾電流,造成信號測量值跳動、不準或甚至損壞設備。隔離器通過電氣隔離切斷這個環路。
抑制電磁干擾(EMI): 工業現場環境惡劣,充滿了來自大功率設備(如變頻器、電機)的電磁干擾。信號隔離器可以有效抑制這些干擾對敏感測量信號(如熱電偶的mV級信號)的影響。
信號轉換與分配: 除了隔離,它還能進行信號類型的轉換(如將4-20mA轉換為0-10V,或將Pt100熱電阻信號轉換為4-20mA)和信號分配(將一路輸入信號隔離并分配成多路相同的輸出信號給不同的設備)。
插拔式信號隔離器的應用極其廣泛,幾乎涵蓋了所有需要高可靠性信號傳輸的工業領域。
這是最常見的應用場景。在由PLC(可編程邏輯控制器)或DCS(分布式控制系統)構成的系統中,現場傳感器(如壓力變送器、流量計)和執行機構(如調節閥)的信號需要長距離傳輸到控制柜。
場景描述: 現場儀表可能就近接地,而控制柜也有自己的接地系統,兩地之間容易產生地電位差。
解決方法: 在PLC/DCS的模擬量輸入/輸出模塊前端的接線端子上,安裝插拔式信號隔離器。它將現場信號與控制系統進行隔離,確保PLC/DCS接收到的是干凈、準確的信號。
行業舉例: 石油化工、電力、水處理、制藥等所有使用DCS/PLC進行過程控制的行業。
變頻器是強大的干擾源,其輸出的PWM波形會產生強烈的高頻噪聲。
場景描述: 變頻器需要接收來自控制室的4-20mA速度給定信號,或者將運行狀態(如輸出電流)通過4-20mA信號反饋給PLC。如果沒有隔離,變頻器的干擾很容易使速度給定信號波動,導致電機轉速不穩,或反饋信號失真。
解決方法: 在PLC給變頻器的模擬量輸出通道前,以及變頻器反饋給PLC的模擬量輸入通道前,均加裝信號隔離器。
行業舉例: 風機水泵節能控制、傳送帶、中央空調、機床等。
熱電偶(TC)和熱電阻(RTD)產生的信號非常微弱(mV或Ω級),極易受干擾。
場景描述: 在高溫爐、反應釜等設備的溫度測量中,熱電偶的信號線若與動力線并行敷設,測量值會嚴重跳動,無法反映真實溫度。
解決方法: 使用專用的熱電偶/熱電阻信號隔離器(通常也帶變送功能,將信號轉換為標準的4-20mA)。它不僅能隔離干擾,還能為熱電偶提供冷端補償。
行業舉例: 冶金、玻璃制造、食品加工、實驗室設備。
當同一個信號需要送給多個“地"電位不同的設備時。
場景描述: 一個壓力變送器的4-20mA輸出信號需要同時送給現場的本地顯示儀、控制室的PLC以及記錄儀。如果直接并聯連接,會形成接地環路并導致信號負載問題。
解決方法: 使用一進二出或一進三出的信號隔離器。它將一路輸入信號隔離后,復制成多路獨立的輸出信號,分別送給不同的設備,互不干擾。
行業舉例: 需要多地點監控的關鍵工藝參數點。
在易燃易爆的危險場所(如化工廠、加油站)。
場景描述: 安裝在危險區域的傳感器/變送器必須是本安型設備。本安防爆要求限制進入危險區域的能量,防止產生電火花。
解決方法: 在安全區的控制柜內安裝安全柵(一種特殊類型的信號隔離器)。它一方面為危險區的設備供電,另一方面將信號進行隔離,并確保任何故障情況下傳遞到危險區的電壓和電流被限制在安全范圍內。安全柵也普遍采用插拔式設計。
行業舉例: 石油天然氣、化工、煤礦、油庫。
維護方便: 當某個通道出現故障時,無需斷開整個系統的電源,只需將故障模塊從底座上拔下,換上一個新的即可,大大縮短停機時間。
節省空間: 采用標準導軌安裝,模塊寬度很窄(如6mm、12mm),可以在有限的控制柜空間內安裝大量通道。
配置靈活: 可以根據實際需求,在同一個底座上混合安裝不同功能的模塊(如有的通道用于隔離,有的用于轉換,有的用于分配)。
易于擴展: 系統需要增加測點時,只需在導軌上增加相應的模塊和底座即可。
插拔式信號隔離器是保障工業自動化控制系統穩定、可靠運行的“守護神"。它的主要應用場景可以歸結為:凡是存在地電位差、強電磁干擾、需要信號轉換或分配,以及對系統安全性和可維護性有高要求的工業信號傳輸場合,都是插拔式信號隔離器的用武之地。