自動控制系統(tǒng)中模擬量輸入隔離器的重要作用

劉建營

（河鋼集團唐鋼股份有限公司信息自動化部 河北 唐山 063000）

在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，為實現(xiàn)對流量、壓力等模擬量的精確控制，需要實時采集這些模擬量的實際值。只有當控制裝置和分布在現(xiàn)場的傳感器和執(zhí)行器之間的模擬信號傳輸無故障并且不失真時，才能保證過程控制安全可靠。負責檢測這些模擬量的傳感器大多數(shù)安裝在環(huán)境復雜的生產現(xiàn)場，而且大多數(shù)傳感器產生的反饋信號為0～20mA、4～20mA電流或很小的毫伏級電壓，因此，現(xiàn)場的動力電纜、高壓電纜以及運行中的高功率用電設備會對傳感器產生的模擬量輸入信號產生干擾，導致反饋值產生波動或偏離實際值，造成自動控制系統(tǒng)不能實現(xiàn)對流量、壓力等模擬量的有效精確的控制。有害信號通過模擬量反饋信號電纜進入模擬量輸入模塊，會造成整個模塊不能正常工作，甚至會造成輸入模塊的損壞，造成生產事故，給生產和設備造成損失，影響企業(yè)利潤。因此，在自動控制系統(tǒng)中使用模擬量輸入隔離器是非常必要的。

隔離器實現(xiàn)了輸入對輸出對電源對地的四端三重隔離電路設計，因此無需系統(tǒng)接地線路，給設計及現(xiàn)場施工帶來極大方便。也正是由于這種信號線路無需共地的設計，使得檢測和控制回路信號的穩(wěn)定性和抗干擾能力大大增強，從而提高了整個系統(tǒng)的可靠性。另外，這種隔離器產品除具備極強的濾波能力外，還有更強的信號處理能力，能夠接受并處理熱電偶、熱電阻、頻率等各種信號。

筆者在工作中接觸最多的是深圳萬訊自控股份有限公司生產的萬訊牌隔離器。如圖1。

圖1

該種隔離器有兩個通道，即可以在一個隔離器上接兩個模擬量輸入信號，經濟實用，使用中需要給隔離器外接直流24V電源。該隔離器有供電功能，可以為現(xiàn)場兩線制傳感器提供工作電源，通過改變接線方式，該隔離器還可以外接四線制傳感器，即該種隔離器既可以外接兩線制傳感器，又可以外接四線制傳感器，且對這兩種傳感器的反饋信號都能起到很好的隔離作用。這種隔離器在使用過程中不需要進行任何設置，可以直接接入到電路中，方便可靠。

模擬量輸入隔離器的作用主要有以下幾點：

（1）濾除模擬量輸入信號中的干擾信號，使模擬量反饋值穩(wěn)定、準確。模擬量輸入信號中的干擾信號多來自于現(xiàn)場的高壓電纜及運行中的高功率用電設備，如交流電動機。由于現(xiàn)場條件的限制，傳感器不能安裝在這些設備的影響范圍外。因此，模擬量輸入信號中混入干擾信號在所難免。筆者所在的鋼鐵公司有一座鋼水精煉爐，爐蓋冷卻為水冷。為保證水冷效果，在冷卻水回水管路上安裝有一臺流量傳感器，用來反饋冷卻水流量，以便在發(fā)現(xiàn)冷卻水流量低于正常水平時及時采取措施，防止爐蓋因高溫損壞。在生產過程中發(fā)現(xiàn)，該流量反饋值經常發(fā)生跳變，且每次跳變持續(xù)1～2分鐘，然后又恢復到正常值，經過一段時間后又發(fā)生類似情況。負責儀表的人員起初以為流量傳感器損壞，但更換流量傳感器后情況沒有好轉。后來通過觀察發(fā)現(xiàn)反饋值發(fā)生跳變的情況總在運送鋼水的鋼包車經過流量傳感器附近時發(fā)生。該鋼包車傳動系統(tǒng)為兩臺380V變頻調速電機。遂懷疑是鋼包車運行時產生的電磁信號對傳感器的反饋值產生了干擾，但由于現(xiàn)場條件的限制，傳感器的安裝位置無法改變，因此在傳感器反饋值進入模塊之前加裝了萬訊隔離器，之后反饋值一直穩(wěn)定，不再受鋼包車運行的干擾，為正常生產提供了保證。

（2）濾除模擬量輸入信號中的沖擊電流、電壓等有害信號，保護模擬量輸入模塊，防止模擬量輸入模塊損壞。在現(xiàn)場傳感器周圍難免有高壓設備及動力電纜，電纜絕緣外皮因某種原因一旦破損，就會有短路情況發(fā)生，瞬間產生很大的電流，一旦這種電流進入模擬量反饋信號線并到達模擬量輸入模塊，就會導致模塊損壞。筆者所在的鋼鐵公司，其所屬的真空精煉爐現(xiàn)場有很多流量及壓力傳感器，采用圖爾克模塊作為模擬量輸入模塊。由于現(xiàn)場環(huán)境溫度高，現(xiàn)場動力電纜絕緣皮老化速度快，經常出現(xiàn)破損的情況，從而導致短路事故的發(fā)生。同時圖爾克模塊也經常損壞，模塊一旦損壞，其上所連接的所有模擬量反饋值都無法監(jiān)控，必須更換模塊，而且每次更換時都必須停止生產，給生產造成很大影響。后來在模擬量輸入信號進入模塊之前安裝了萬訊隔離器，輸入模塊沒有再發(fā)生經常損壞的情況，效果明顯。

（3）隔離干擾信號，保證模擬量輸入模塊正常工作。干擾信號不僅會造成某一個模擬量反饋值不正常，而且會造成整個模擬量輸入模塊不能正常工作，導致這個模塊上的所有模擬量反饋值無法監(jiān)控。筆者所在的鋼鐵公司的真空精煉爐有一個鎂粉噴吹控制柜，該控制柜在安裝調試時發(fā)現(xiàn)當一個來自壓力傳感器的接線接到模擬量輸入模塊上時，該模塊即不能正常工作，其上所接的所有模擬量反饋值都變?yōu)榱悖瑢⑵湔螅K工作正常，其它反饋值也正常。后來在該壓力反饋接線接到模塊之前加裝了萬訊隔離器，結果包括該壓力反饋在內的所有反饋值都正常，模塊工作正常。

結語

現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)主要對模擬量進行閉環(huán)控制，在自動控制過程中需要大量采集模擬量信號，然而由于現(xiàn)場有很多高電壓、大電流、大功率的設備，因此，模擬量信號在進入模塊之前受到干擾在所難免。而在模擬量反饋信號進入模塊之前加裝隔離器，是解決這一問題的有效手段。隔離器不僅可以濾除干擾信號及沖擊電流、電壓，還可以隔離干擾信號，保證整個模擬量輸入模塊正常工作。因此，模擬量輸入隔離器在自動控制系統(tǒng)中的作用是非常大的。