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(dòng)，都可能引發(fā)連鎖式生產(chǎn)事故。當(dāng)工程師們聚焦于PLC、DCS等“大腦”系統(tǒng)時(shí)，卻常忽略一個(gè)關(guān)鍵角色：信號(hào)隔離器——它如同工業(yè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的“免疫系統(tǒng)”，默默抵御干擾、化解風(fēng)險(xiǎn)，成為現(xiàn)代自動(dòng)化不可或缺的“安全基座”。

一、信號(hào)隔離器的作用

1、消除接地環(huán)路干擾（接地電位差）：

問(wèn)題：工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分散，可能連接到不同的接地點(diǎn)，導(dǎo)致設(shè)備間存在電位差（接地環(huán)路電壓）。當(dāng)信號(hào)線連接這些設(shè)備時(shí)，會(huì)在信號(hào)回路中產(chǎn)生額外的電流（環(huán)路電流），疊加在有用信號(hào)上，造成測(cè)量誤差、信號(hào)波動(dòng)甚至設(shè)備損壞。

解決：信號(hào)隔離器通過(guò)物理隔離（光電、磁電、變壓器等）切斷設(shè)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(hào)的純凈度。

2、提升抗電磁干擾能力：

問(wèn)題：工業(yè)環(huán)境充斥著強(qiáng)電磁干擾源（如變頻器、大電機(jī)、開關(guān)電源、無(wú)線電設(shè)備）。這些干擾會(huì)通過(guò)空間輻射或線路耦合進(jìn)入信號(hào)線，導(dǎo)致信號(hào)畸變、跳變。

解決：隔離器內(nèi)部的隔離屏障能阻擋來(lái)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(hù)控制器（PLC/DCS）I/O模塊不受損壞。

3、信號(hào)轉(zhuǎn)換與適配：

問(wèn)題：現(xiàn)場(chǎng)傳感器/變送器的輸出信號(hào)類型（如4-20mA， 0-10V， 熱電偶， 熱電阻， 開關(guān)量）可能與控制系統(tǒng)輸入模塊要求的信號(hào)類型不匹配；或者信號(hào)需要長(zhǎng)距離傳輸導(dǎo)致電壓信號(hào)衰減嚴(yán)重。

解決：隔離器常具備信號(hào)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(guān)量隔離轉(zhuǎn)換等），并能進(jìn)行信號(hào)放大或調(diào)整，確保信號(hào)以控制系統(tǒng)兼容且強(qiáng)度足夠的形式到達(dá)。

4、信號(hào)分配（一進(jìn)多出）：

問(wèn)題：一個(gè)關(guān)鍵的過(guò)程信號(hào)（如反應(yīng)釜溫度）需要同時(shí)送入多個(gè)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(hào)分配功能的隔離器（分配器）可以將一路輸入信號(hào)準(zhǔn)確、無(wú)干擾地復(fù)制成多路相互隔離的輸出信號(hào)，分別送給不同的設(shè)備，避免直接并聯(lián)帶來(lái)的負(fù)載效應(yīng)和相互干擾。

5、提升系統(tǒng)安全性（尤其在本安回路中）：

問(wèn)題：在石油、化工、天然氣等存在爆炸性危險(xiǎn)氣體的區(qū)域，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（傳感器、執(zhí)行器）需要本質(zhì)安全設(shè)計(jì)?？刂剖业陌踩芰咳绻苯觽鞯轿ｋU(xiǎn)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(hào)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(xiǎn)區(qū)（現(xiàn)場(chǎng)）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(wú)需專用接地，安全性更高，功能更強(qiáng)大（常帶信號(hào)轉(zhuǎn)換），是當(dāng)前主流。它確保即使安全區(qū)設(shè)備發(fā)生故障，傳遞到危險(xiǎn)區(qū)的能量也不足以點(diǎn)燃爆炸性氣體。

6、保護(hù)昂貴的控制系統(tǒng)I/O模塊：

問(wèn)題：現(xiàn)場(chǎng)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(xiǎn)電壓/電流阻擋在外，保護(hù)后端的控制系統(tǒng)。即使現(xiàn)場(chǎng)側(cè)發(fā)生故障，通常只會(huì)損壞隔離器（相對(duì)便宜且易更換），而不會(huì)損壞昂貴的PLC卡件。

二、典型應(yīng)用場(chǎng)景

（1）PLC/DCS系統(tǒng)接口：連接現(xiàn)場(chǎng)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(wèn)題，保護(hù)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(hào)（AO）和變頻器返回的狀態(tài)/故障信號(hào)（DI/AI），防止變頻器產(chǎn)生的高頻干擾污染PLC系統(tǒng)。

（3）電機(jī)/閥門狀態(tài)監(jiān)測(cè)：隔離來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)保護(hù)器、閥門位置開關(guān)的干接點(diǎn)信號(hào)（DI），防止感應(yīng)電壓或接地問(wèn)題導(dǎo)致誤觸發(fā)。

（4）熱電偶/熱電阻測(cè)量：將易受干擾的毫伏級(jí)熱電偶信號(hào)或電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成抗干擾能力強(qiáng)的4-20mA電流信號(hào)，并進(jìn)行冷端補(bǔ)償（針對(duì)熱電偶）。

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

（6）多系統(tǒng)信號(hào)共享：使用信號(hào)分配器將關(guān)鍵過(guò)程信號(hào)同時(shí)送給DCS、SIS、MES、大屏幕顯示等。

（7）長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸：將易衰減的電壓信號(hào)（如0-10V）轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)（4-20mA）進(jìn)行遠(yuǎn)傳，或在接收端使用隔離器增強(qiáng)信號(hào)。

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

三、BM100信號(hào)隔離器

BM100系列信號(hào)隔離器在工業(yè)生產(chǎn)中為增加儀表負(fù)載能力并保證連接同一信號(hào)的儀表之間互不干擾，提高電氣安全性能。BM100信號(hào)隔離器將輸入的電壓、電流、電阻或溫度等信號(hào)進(jìn)行采集、放大、運(yùn)算、并進(jìn)行抗干擾處理后，再輸出隔離的電流和電壓信號(hào)，安全的輸送給二次儀表或PLC/DCS使用。

●技術(shù)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(jiǎn)稱隔離柵。

檢測(cè)端隔離安全柵：

接收危險(xiǎn)區(qū)的信號(hào)隔離后傳到安全區(qū)的設(shè)備，可以限制危險(xiǎn)場(chǎng)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(hào)隔離后傳到危險(xiǎn)區(qū)的控制設(shè)備接收，可以用來(lái)把安全區(qū)控制室供給現(xiàn)場(chǎng)儀表的電能量限制在即不能產(chǎn)生引爆危險(xiǎn)氣體的火花，消除引爆源。

●技術(shù)參數(shù)

五、結(jié)語(yǔ)

信號(hào)隔離器（包括安全柵）是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中不可或缺的“信號(hào)守護(hù)者”。它們通過(guò)電氣隔離這一核心技術(shù)，解決了接地環(huán)路、噪聲干擾、設(shè)備保護(hù)、信號(hào)轉(zhuǎn)換、本質(zhì)安全和信號(hào)分配等一系列關(guān)鍵問(wèn)題，提升了整個(gè)自動(dòng)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