生產(chǎn)過程監(jiān)視和控制中要用到多種自動化儀表、計算機(jī)及相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，過程中的信號既有微弱到毫伏級的小信號，又有數(shù)十伏的大信號，而且還有高達(dá)數(shù)千伏、數(shù)百安培的信號要處理。從頻率上講，有直流低頻范圍的，也有高頻/脈沖尖峰。設(shè)備、儀表間互擾成為系統(tǒng)調(diào)試中必須要解決的問題。除了電磁屏蔽之外，解決各種設(shè)備、儀表的“地”，也即信號參考點(diǎn)的電位差，將成為重要課題。因?yàn)椴煌O(shè)備、儀表的信號要互傳互送，那就存在信號參考點(diǎn)問題。換句話說，要使信號完整傳送，理想化的情況是所有設(shè)備、儀表中的信號有一個共同的參考點(diǎn)，也即共有一個“地”。進(jìn)一步講，所有設(shè)備、儀表的信號的參考點(diǎn)之間電位為“零”。但是在實(shí)際環(huán)境中，這一點(diǎn)幾乎是不可及的，這里面除了各個設(shè)備、儀表“地”之間連線電阻產(chǎn)生的電壓降之外，尚有各種設(shè)備、儀表在不同環(huán)境受到干擾不同，以及導(dǎo)線接點(diǎn)經(jīng)受風(fēng)吹雨淋，導(dǎo)致接點(diǎn)質(zhì)量下降等諸多因素。致使各個“地”之間有差別。以示意圖一為例。
圖一 plc與外接儀表示意圖
圖一中標(biāo)明有兩個現(xiàn)場設(shè)備儀表向plc傳送信號以及plc向兩臺現(xiàn)場設(shè)備儀表發(fā)出信號。假定傳送的均為0-10vdc信號。理想情況，plc及兩個現(xiàn)場設(shè)備“地”電位完全相等。傳送過程中又沒有干擾，這樣從plc輸入來看，接收正確。但正如前所述，兩個現(xiàn)場設(shè)備通常有“地”電位差，舉例來講，1#設(shè)備“地”與plc“地”同電位，2#設(shè)備比它們的“地”電位高0.1v，這樣1#設(shè)備給plc的信號為0-10v，而2#設(shè)備給plc的為0.1v-10.1v，誤差就產(chǎn)生了，同時1#，2#設(shè)備的“地”線在plc匯合聯(lián)接。將0.1v電壓施加在plc地線條上，有可能損壞plc局部“地”線，同時在顯示錯誤數(shù)據(jù)，由此引起的問題在現(xiàn)場調(diào)試中屢有出現(xiàn)。例如某大型建材公司的生產(chǎn)線調(diào)試中，使用美國ab-plc接國內(nèi)某廠家手操器。ab-plc的數(shù)據(jù)采集板有每八個通道，八個通道共用一個12位a/d，經(jīng)過變換后，由12個光耦實(shí)現(xiàn)與主機(jī)隔離。它的八個通道輸入之間并沒有隔離，致使八個通道輸入信號每個單獨(dú)接入采集板均正常，接入兩個或多于兩個外部信號時，顯示數(shù)字亂跳，故障無法排除。又如航天某部門測試發(fā)動機(jī)各點(diǎn)溫度，使用k型偶作為傳感器，同上述相似，僅測試一點(diǎn)一切正常，但是向主機(jī)接入兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上溫度時，顯示的溫度明顯錯誤。這兩種情況在接入隔離器后，均正常。
隔離器之所以能起到這個作用，就是它具有使輸入/輸出在電氣上完全隔離的特點(diǎn)。換句話講，輸入/輸出之間沒有共同“地”，外來信號不管是0-10v，或帶著+10v干擾的10v-20v經(jīng)隔離后均為0-10v，也即隔離后新建立的plc“地”與外部設(shè)備、儀表“地”沒關(guān)系。正是由于這個原因，也實(shí)現(xiàn)輸入到plc主機(jī)的多個外接設(shè)備儀表信號之間隔離，也即它們之間沒有“地”的關(guān)系。
上面談了輸入到plc信號的隔離，同樣在plc向外部信號設(shè)備傳出信號也有類似現(xiàn)象問題。顯然采用隔離器亦能達(dá)到解決問題的目的。
談到plc向外部設(shè)備、儀表發(fā)送信號，有一種情況經(jīng)常遇到：要求plc的輸出即能給顯示儀表，又能傳送給變頻器一類的設(shè)備。欲徹底解決干擾問題，推薦使用隔離式信號分配器。這種隔離器即實(shí)現(xiàn)plc輸出信號與外設(shè)隔離，同時實(shí)現(xiàn)外設(shè)之間隔離。如圖二。
圖二 隔離式信號分配器典型應(yīng)用
有時現(xiàn)場儀表在配套時，由于協(xié)調(diào)不利，產(chǎn)生了如下情況，接收信號設(shè)備（例如接收4-20ma）接口連接為兩線制方式，也即接收口為一個24v電源與一個250ω相串聯(lián)。接口兩根線：一個為24v正極，一個為250ω一端控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，適于連接現(xiàn)場兩線制變送器。假如現(xiàn)場設(shè)備為四線制變送器，輸出4-20ma。這樣進(jìn)行直接連接將造成電源沖突。解決方法是采用隔離器將現(xiàn)場來的4-20ma接收并隔離，在隔離器的輸出部份接入一個標(biāo)準(zhǔn)的兩線制變送器，以應(yīng)對接收設(shè)備的接口。如圖三。
圖三 解決電源沖突的方案
隔離器要保證輸入/輸出兩個部分隔離，外加工作電源24v在為輸入、輸出部份供電同時控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，必須確保在電氣上與兩個部分隔離。這種輸入/輸出/外加工作電源之間全部相互隔離的器件常稱為三隔離或全隔離器件。 從理論上講這種供電方式，不管隔離器數(shù)量多少，均可用一臺24v電源供電，不會產(chǎn)生干擾。
如果處理4-20ma到4-20ma電流信號的隔離，這里推薦一種不用另外再加電源的隔離器ws1562。如圖四。
圖四 省去外接電源的電流隔離器
顯然省去外接電源，使接線更簡捷，且功耗低、自身熱量低、可靠性高。
ws1562的最大特點(diǎn)在于不需要外接電源，它帶來了簡捷可靠的優(yōu)點(diǎn)，但也帶來了使用上的局限性.ws1562對于4-20ma信號進(jìn)行的隔離傳送控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，從另一個意義上講是功率傳送，內(nèi)部的功率損耗必不可少。損耗表現(xiàn)在輸入端和輸出端電流/電壓乘積的差值上。以負(fù)載電阻rl=250ω為例，當(dāng)輸出為20ma時，輸出端250ω上的電壓為5.0v，而輸入端的兩端間電壓測試為8.8v。簡單計算表明，內(nèi)部損耗等于20ma×（8.8v-5.0v）=76（mw），也即內(nèi)部損耗為76毫瓦。從使用者角度來看，假若輸出端負(fù)載電阻rl等于250ω，那么從輸入端看進(jìn)去的等效電阻最大值為8.8v/20ma=440（ω）。換言之，在這種情況下輸入的4-20ma電流源必須具有驅(qū)動440ω負(fù)載的能力，才能使ws1562無源隔離器在輸出端負(fù)載電阻rl等于250ω條件下正常工作。不過，從經(jīng)驗(yàn)來看大部分現(xiàn)場儀表能滿足這些條件。
從隔離角度看二線制變送器（含壓力、溫度、流量…），分為隔離式及非隔離式。采用隔離式二線制變送器的主要目的是提高抗干擾能力。
二線制變送器的隔離有兩種方式。一種方式傳感器和變送器一體而又必須放置在現(xiàn)場指定地點(diǎn)，對于這種情況一般把隔離器安置在中央控制室機(jī)柜中。對現(xiàn)場二線制變送器的電源配送有二種接口形式，要根據(jù)現(xiàn)場具體情況來定。圖五給出了針對plc與二線制變送器兩種接口的連線圖。
圖五plc兩種接口與隔離配電連接示意圖
另一種方式是傳感器和變送器分成二個部分，傳感器放置在現(xiàn)場指定地點(diǎn)，變送器制造成隔離式放置在控制室中。面對plc兩種接口方式，圖六給出了以pt100為傳感器的隔離變送器使用連線圖。附帶說一點(diǎn)，處理pt100這類溫度變送器都考慮到了pt100的長線補(bǔ)償及線性化處理。
圖六 二種隔離溫度變送器
隔離端子品種繁多，接口處也不盡相同，如何正確選擇是設(shè)計中的重要問題。圖七標(biāo)示出兩個端子排與外部儀表相連接圖。用以說明選擇方法。
圖七 隔離器選型示意圖之一
a、b表示向plc輸送信號的外部儀表
c、d表示plc、dcs及顯示儀表等接收信號設(shè)備
如果外部儀表為a方式，接收信號儀表為c方式，可以選用ws1522、ws1562信號隔離器。
如果外部儀表為a方式，接收信號儀表為d方式，可以選用能避免電源沖突的ws9030信號隔離器為宜。
如果外部儀表為b方式，接收信號儀表為c方式，選用隔離式配電器為宜。例如ws1525，它即可以為b供電，又解決了隔離問題。
如果外部儀表為b方式，接收信號儀表為d方式，未見有在市場上銷售的產(chǎn)品。不過經(jīng)過和生產(chǎn)廠家進(jìn)行技術(shù)協(xié)商，一般能夠解決。
圖八 隔離器選型示意圖之二
圖八所示選擇相對簡單。例如輸入為pt100或k偶接受設(shè)備為c方式，選用三隔離式ws9050，ws9060為宜。
若接收設(shè)備為d方式，選用兩線制隔離的ws2050、ws2060為宜。
總之，只要外部設(shè)備及接收設(shè)備方式確定了，選用就很簡單。
隔離器外型采用導(dǎo)軌安裝，接線采用接線式，這種方式亦稱隔離端子，適用安裝在機(jī)柜中。
在隔離端子電路前部安裝進(jìn)口名牌ic（集成電路）公司的專用電路，實(shí)現(xiàn)溫度隔離變送，雖然比零件組裝式（諸如用廉價opa）成本高，但在長期性能穩(wěn)定性、可靠性方面是零件組裝無法比擬的。引入優(yōu)質(zhì)元器件是隔離端子穩(wěn)定可靠的基本保證，同時專用ic在功能上諸如長線補(bǔ)償、恒流驅(qū)動、線性化性能齊備。
隔離端子設(shè)計日趨小型化，那么小型化的目的就是少占空間。當(dāng)然應(yīng)該允許用戶密集安裝，密集安裝就存在散熱問題。換句話講，必須降低內(nèi)部功耗。
現(xiàn)在市場出現(xiàn)了許多以cpu為核心的隔離端子，具有現(xiàn)場可編功能及通信功能，有很高的靈活性，對顧客來講可以減少庫存數(shù)量，降低資金積壓。以cpu為核心的隔離端子必定將成為這一領(lǐng)域主流。