安科瑞信號隔離器在PLC/DCS控制系統的應用

安科瑞 陳聰

摘要：PLC/DCS控制系統在實際運行過程中經常會出現干擾問題，造成現場儀器出現故障、模擬量顯示異常及數據不穩定等現象。信號隔離器能壓制外界干擾，同時對下級設備具有限壓、限流的功能，從而實現對設備的防護。

關鍵詞：信號隔離器；PLC/DCS；變頻器；干擾

0：概述

隨著工業自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。作為電力電子器件，變頻器中要進行大功率二極管整流，大功率晶體管變壓，在輸入輸出回路產生電流高次諧波，干擾供電系統、負載以及附近其它電氣設備。在實際使用過程中，經常遇到變頻器諧波干擾問題。

工業現場PLC/DCS控制系統中，常常會出現測量信號不穩定現象，一種是由電磁干擾導致，另一種是高頻信號滲入，如電流信號輸出控制變頻器，變頻器高頻干擾滲入信號中，這樣的干擾信號使得變頻器和閥門工作不穩定，在兩個設備信號連接之間加裝信號隔離器，是合理解決電磁干擾及高頻信號滲入影響的方法之一。

1：PLC/DCS控制系統中的干擾

PLC/DCS控制系統中主要干擾源有:空間的輻射干擾、信號線引入的干擾、接地系統混亂時的干擾、PLC/DCS系統內部的干擾，其中電源的干擾和信號線引入的干擾，通常稱為傳導干擾，這種傳導干擾在工業現場較常見也較嚴重。

1.1 PLC/DCS控制系統干擾類型及現象

PLC/DCS控制系統中干擾的類型通常按干擾模式不同劃分，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾是信號對地的電位差，主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態（同方向）電壓疊加所形成。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要是由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模干擾所形成的電壓，這種電壓疊加在信號上，會直接影響測量和控制精度。

1.2 PLC/DCS控制系統干擾問題解決方向

1) 切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑

2) 提高裝置和系統的抗干擾的能力

2: 信號隔離器在PLC/DCS控制系統中的作用

實際應用中，控制系統中的信號干擾問題有時會非常嚴重，有些時候即使信號電纜采用屏蔽線也不能*減少這些干擾，例如由于接地點不同引起的接地環流干擾。而采用信號隔離器的接線方式切斷了傳導干擾的傳播途徑，減小設備直接連接的接地環路帶來的信號失真，可以合理地提高在PLC/DCS控制系統中模擬量控制模塊每一路信號供電電源安全性、穩定性和相對獨立性，這樣便可以降低因為雷擊過電壓等原因可能會造成的模板擊穿或燒毀概率，提高了控制模塊的測量精度和4-20MA 模擬量信號抗工頻電磁干擾的能力，保證了控制系統的安全穩定運行。 

3： BM100信號隔離器

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信號隔離器將輸入的電壓、電流、電阻或溫度等信號進行采集、放大、運算、并進行抗干擾處理后，再輸出隔離的電流和電壓信號，安全的輸送給二次儀表或PLC/DCS使用。

BM100系列信號隔離器外觀圖

3.1 技術參數

3.2 應用實例

某銅鎳礦萬噸鎳冶煉技改擴建工程中，減弱循環水泵房，變頻器控制水泵用的是一臺變頻器控制兩臺水泵的控制原理，該變頻器控制設置為三地控制，分別為：就地現場控制箱控制、集中變頻器柜控制及遠程中控室DCS控制。三地都能實現兩臺水泵的啟停控制，但是變頻器的電流顯示及頻率顯示都無法工作正常，遠程中控室的水泵電流與頻率反饋也就無法工作。遠程中控DCS控制水泵的頻率給定與實際值也存在偏差，有時工作不能正常給定。起初懷疑電流表、頻率表、信號線及流體介質有問題，更換了所有這些儀表、信號電纜，并把動力線與信號控制電纜分開走電纜橋架，故障依然存在。原因是變頻器的高次諧波電流通過輸出電纜向外輻射，傳遞到信號電纜，引起干擾。如圖2所示。

圖2

解決辦法：將變頻器中電流反饋信號及頻率反饋信號分別輸入給信號隔離器，再把隔離輸出信號分別輸送給電流表、頻率表及遠程DCS控制室電流與頻率反饋。遠程中控室頻率，給定信號也進入信號隔離器然后接至變頻器。遠程中控DCS控制頻率輸入信號、電流反饋、頻率反饋、電流表及頻率表顯示正常，故障排除。如圖3所示

圖3  信號隔離器應用示意圖

4：結束語

在PLC/DCS控制系統中加入信號隔離器的連接方式，合理解決了控制系統中的干擾問題，目前在冶煉、水處理、化工、火電、工業自動化等多個行業已經批量應用 ，對提高PLC/DCS控制系統測量信號的精度和系統的安全穩定、可靠運行提供了保障。

參考文獻

[1] 企業微電網設計與應用手冊.2020.6.

[2] 張騰.變頻器對PLC干擾常見故障的分析與處理[J].電子測試,2019(13):120-121.

[3] 張夢.基于系統干擾談信號隔離器在工業現場的應用[J].世界儀表與自動化,2008,12(11):60-62.