信號隔離器在水處理控制系統的應用

安科瑞 陳聰 周潔

摘要：水處理控制系統中，其控制、監測模塊的非電量模擬量傳感器采用信號隔離器的接線方式合理地解決了相關模擬量傳感器供電電源安全和相對獨立的問題，保證了監測模塊的電源、模擬量采集模塊和輸出模塊的相對隔離，降低了可能會造成的模板燒毀損壞的概率，提高了模擬信號測量精度、抗電磁干擾的能力，同時也解決因某些現場非電量安裝條件的限制問題。

  關鍵詞：信號隔離器；水處理；模擬量傳感器；

  0：概述

  在水處理監控自動化系統中，需要監測一些模擬信號，包括電量模擬信號(如電流、電壓、功率等)和非電量模擬信號(如壓力、水位、流量等)。電量模擬信號由變送器提供，一般可以輸出隔離的4～20mA信號，不需要外加信號隔離器。非電量模擬信號傳感器工作電源一般取自自動化系統設備提供DC24V電源模塊，且多數不隔離。為實現各控制、監測模塊相關模擬量傳感器供電電源安全、穩定和相對獨立，降低因某個模擬量傳感器工作電源回路外部短路，造成電源模板擊穿或燒毀的概率，危及相關設備自動化系統運行安全，特別是對于那些用于過程控制中需實施越限報警、動作停機和重要設備退出運行操作的模擬量傳感器使用信號隔離器是有益的選擇，否則有引起誤動作的可能，不利于整個系統安全穩定運行，甚至造成不必要損失。

  1：模擬量傳感器接線方式類型

  在水處理自動化控制系統中，一般需要現場的壓力、水位、流量等非電量信號進行測量監測，常常用到壓力傳感器、水位傳感器、流量傳感器等，這些非電量傳感器分為2線制、3線制、4線制，均需外部提供工作電源，為保證電源的安全性一般采用DC24V，常用的方式是采用由相關控制系統設備提供的DC24V電源。整個水處理自動化控制系統中需監測的傳感器數量多，關注其重要性以及確保現場控制單元運行安全，一般提供獨立的DC24V電源模塊。信號隔離器作為傳感器和PLC連接的橋梁，不僅提高了模擬信號測量精度、抗電磁干擾的能力、電氣隔離安全性能，而且能夠合理解決傳感器供電電源安全和相對獨立的問題。

傳感器的接線方式類型

  二線制是兩根導線供電的同時傳輸DC4-20mA標準信號；三線制就是電源正端用一根線，信號輸出正端用一根線，電源負端和信號負端共用一根線，用于電壓參考點和電流回路，其供電大多為DC24V，輸出信號有DC4-20mA標準信號；四線制就是供電回路和信號回路各自獨立，采用隔離電路分開，兩根線負責電源的供應，另外兩根線負責輸出信號(如電壓、電流等)。

  1.1信號隔離器在模擬量傳感器接線的應用

  傳感器工作電源和模擬量信號輸入未采用合理的隔離措施，可能造成的危害：電纜或傳感器現場接頭發生短路故障時，或戶外安裝的傳感器受到雷擊過電壓時，將危及控制、監測系統屏上電源模塊和模擬量采集模塊的運行安全，可能會造成模板擊穿或燒毀，嚴重的會影響到控制、監測系統運行。同時，對于2線制、3線制和4線制傳感器，電源和信號無合理隔離，其測量精度和抗工頻電磁干擾的能力大大降低，其測量精度和抗干擾的能力也將受到影響。近幾年，國內多個大中型水處理系統已在非電量模擬量傳感器電源和信號回路中，采用信號隔離器的接線方式解決和避免出現上述問題。

  2：BM100信號隔離器

  2.1概述

  BM100系列信號隔離器在工業生產中為增加儀表負載能力并保證連接同一信號的儀表之間互不干擾，提高電氣安全性能。BM100信號隔離器輸入支持三種輸入模式，兼容傳感器的三種接線方式，將輸入信號進行隔離輸出，安全的輸送給二次儀表或PLC/DCS使用。

BM100信號隔離器接線圖

BM100系列信號隔離器外觀圖

  2.2技術參數

  2.3應用實例

  信號隔離器在水處理控制系統的應用

  由于某集團水處理現場非電量傳感器安裝條件的限制，其模擬量輸出信號需擴展才能解決1路4～2OmA模擬量信號同時傳輸給2套不同控制和監測系統的問題，現場的互感器接線方式屬于二線制，需要給現場的傳感器提供一路隔離的電源。單路DC4～20mA模擬量擴展出雙路DC4～20mA的輸出信號，實現了水處理控制、監測系統的相對獨立。該方式隔離強度高、負載能力強、安裝接線簡單、運行穩定、安全可靠，同時解決了水處理現場傳感器安裝帶來的問題。

信號隔離器應用示意圖

  3：結束語

  以上非電量模擬量傳感器采用信號隔離器的接線方式，在水處理自動化系統中應用，取得了良好的效果，目前已在某集團水處理應用，對提高水處理自動化控制和監測水平起到了良好的示范作用。

  參考文獻

  [1]企業微電網設計與應用手冊.2020.6.

  [2]劉書勤[1],黨琦[2].水電站自動化系統中監控系統的應用[J].中國科技博覽,2012(11):102-102.