安科瑞 王晶淼 Acrel-wjm

在鋼鐵轟鳴的工廠、油氣奔流的管道、生產(chǎn)制造的車間，每一毫安電流的偏差、每一伏電壓的波動，都可能引發(fā)連鎖式生產(chǎn)事故。當工程師們聚焦于PLC、DCS等“大腦”系統(tǒng)時，卻常忽略一個關鍵角色：信號隔離器——它如同工業(yè)神經(jīng)網(wǎng)絡的“免疫系統(tǒng)”，默默抵御干擾、化解風險，成為現(xiàn)代自動化不可或缺的“安全基座”。

一、信號隔離器的作用

1、消除接地環(huán)路干擾（接地電位差）：

問題：工業(yè)現(xiàn)場設備分散，可能連接到不同的接地點，導致設備間存在電位差（接地環(huán)路電壓）。當信號線連接這些設備時，會在信號回路中產(chǎn)生額外的電流（環(huán)路電流），疊加在有用信號上，造成測量誤差、信號波動甚至設備損壞。

解決：信號隔離器通過物理隔離（光電、磁電、變壓器等）切斷設備之間的直接電氣連接（尤其是地線連接），從而消除接地環(huán)路電流，保證信號的純凈度。

2、提升抗電磁干擾能力：

問題：工業(yè)環(huán)境充斥著強電磁干擾源（如變頻器、大電機、開關電源、無線電設備）。這些干擾會通過空間輻射或線路耦合進入信號線，導致信號畸變、跳變。

解決：隔離器內(nèi)部的隔離屏障能阻擋來自電源、輸入、輸出端的高頻噪聲和瞬態(tài)干擾（如浪涌、EFT），保護控制器（PLC/DCS）I/O模塊不受損壞。

3、信號轉(zhuǎn)換與適配：

問題：現(xiàn)場傳感器/變送器的輸出信號類型（如4-20mA， 0-10V， 熱電偶， 熱電阻， 開關量）可能與控制系統(tǒng)輸入模塊要求的信號類型不匹配；或者信號需要長距離傳輸導致電壓信號衰減嚴重。

解決：隔離器常具備信號轉(zhuǎn)換功能（如電流轉(zhuǎn)電壓、電壓轉(zhuǎn)電流、熱電偶/熱電阻轉(zhuǎn)電流/電壓、開關量隔離轉(zhuǎn)換等），并能進行信號放大或調(diào)整，確保信號以控制系統(tǒng)兼容且強度足夠的形式到達。

4、信號分配（一進多出）：

問題：一個關鍵的過程信號（如反應釜溫度）需要同時送入多個系統(tǒng)（如主控DCS、安全儀表系統(tǒng)SIS、本地顯示、數(shù)據(jù)記錄儀）。

解決：帶信號分配功能的隔離器（分配器）可以將一路輸入信號準確、無干擾地復制成多路相互隔離的輸出信號，分別送給不同的設備，避免直接并聯(lián)帶來的負載效應和相互干擾。

5、提升系統(tǒng)安全性（尤其在本安回路中）：

問題：在石油、化工、天然氣等存在爆炸性危險氣體的區(qū)域，現(xiàn)場設備（傳感器、執(zhí)行器）需要本質(zhì)安全設計?？刂剖业陌踩芰咳绻苯觽鞯轿ｋU區(qū)域，可能引發(fā)爆炸。

解決：安全柵是一種特殊類型的信號隔離器（通常指齊納柵或隔離式安全柵）。它安裝在安全區(qū)（控制室）和危險區(qū)（現(xiàn)場）之間：

齊納柵：利用齊納二極管限制電壓，電阻限制電流，將能量限制在安全范圍內(nèi)。需要可靠的系統(tǒng)接地。

隔離式安全柵：除限能外，還提供輸入、輸出、電源之間的三重電氣隔離。無需專用接地，安全性更高，功能更強大（常帶信號轉(zhuǎn)換），是當前主流。它確保即使安全區(qū)設備發(fā)生故障，傳遞到危險區(qū)的能量也不足以點燃爆炸性氣體。

6、保護昂貴的控制系統(tǒng)I/O模塊：

問題：現(xiàn)場線路可能引入高電壓（如雷擊、電源短路搭接）、大電流或ESD，直接沖擊PLC/DCS的模擬量或數(shù)字量輸入/輸出卡件，造成損壞。

解決：隔離器作為“守門員”，其內(nèi)部的隔離屏障能承受高電壓（如1kV, 2kV, 3kV甚至更高），將危險電壓/電流阻擋在外，保護后端的控制系統(tǒng)。即使現(xiàn)場側發(fā)生故障，通常只會損壞隔離器（相對便宜且易更換），而不會損壞昂貴的PLC卡件。

二、典型應用場景

（1）PLC/DCS系統(tǒng)接口：連接現(xiàn)場傳感器（溫度、壓力、流量、液位變送器）到PLC/DCS模擬量輸入模塊，解決接地環(huán)路和干擾問題，保護I/O卡件。

（2）變頻器控制與反饋：隔離PLC給變頻器的速度給定信號（AO）和變頻器返回的狀態(tài)/故障信號（DI/AI），防止變頻器產(chǎn)生的高頻干擾污染PLC系統(tǒng)。

（3）電機/閥門狀態(tài)監(jiān)測：隔離來自現(xiàn)場電機保護器、閥門位置開關的干接點信號（DI），防止感應電壓或接地問題導致誤觸發(fā)。

（4）熱電偶/熱電阻測量：將易受干擾的毫伏級熱電偶信號或電阻信號轉(zhuǎn)換成抗干擾能力強的4-20mA電流信號，并進行冷端補償（針對熱電偶）。

（5）本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)：在控制室和危險區(qū)之間安裝安全柵（隔離式安全柵為主流），為現(xiàn)場本安儀表供電并傳輸信號。

（6）多系統(tǒng)信號共享：使用信號分配器將關鍵過程信號同時送給DCS、SIS、MES、大屏幕顯示等。

（7）長距離信號傳輸：將易衰減的電壓信號（如0-10V）轉(zhuǎn)換為電流信號（4-20mA）進行遠傳，或在接收端使用隔離器增強信號。

（8）接地系統(tǒng)不同的設備互聯(lián)：當須連接來自不同配電系統(tǒng)或接地差異很大的設備時，隔離器是需要的。

三、BM100信號隔離器

BM100系列信號隔離器在工業(yè)生產(chǎn)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。

●技術參數(shù)

四、BM200隔離式安全柵

安全柵是接在本質(zhì)安全電路和非本質(zhì)安全電路之間。將供給本質(zhì)安全電路的電壓或電流限制在一定安全范圍內(nèi)的裝置。安全柵是一種統(tǒng)稱，分為齊納式安全柵和隔離式安全柵，隔離式安全柵簡稱隔離柵。

檢測端隔離安全柵：

接收危險區(qū)的信號隔離后傳到安全區(qū)的設備，可以限制危險場合中的能量傳到本安電路。

操作端隔離安全柵：

接收安全區(qū)控制信號隔離后傳到危險區(qū)的控制設備接收，可以用來把安全區(qū)控制室供給現(xiàn)場儀表的電能量限制在即不能產(chǎn)生引爆危險氣體的火花，消除引爆源。

●技術參數(shù)

五、結語

信號隔離器（包括安全柵）是現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng)中不可或缺的“信號守護者”。它們通過電氣隔離這一核心技術，解決了接地環(huán)路、噪聲干擾、設備保護、信號轉(zhuǎn)換、本質(zhì)安全和信號分配等一系列關鍵問題，提升了整個自動化控制系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性、安全性和可靠性。

審核編輯 黃宇