自動(dòng)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(tuán)唐鋼股份有限公司信息自動(dòng)化部 河北 唐山 063000）

在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)對(duì)流量、壓力等模擬量的精確控制，需要實(shí)時(shí)采集這些模擬量的實(shí)際值。只有當(dāng)控制裝置和分布在現(xiàn)場(chǎng)的傳感器和執(zhí)行器之間的模擬信號(hào)傳輸無故障并且不失真時(shí)，才能保證過程控制安全可靠。負(fù)責(zé)檢測(cè)這些模擬量的傳感器大多數(shù)安裝在環(huán)境復(fù)雜的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，而且大多數(shù)傳感器產(chǎn)生的反饋信號(hào)為0～20mA、4～20mA電流或很小的毫伏級(jí)電壓，因此，現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)力電纜、高壓電纜以及運(yùn)行中的高功率用電設(shè)備會(huì)對(duì)傳感器產(chǎn)生的模擬量輸入信號(hào)產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致反饋值產(chǎn)生波動(dòng)或偏離實(shí)際值，造成自動(dòng)控制系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)對(duì)流量、壓力等模擬量的有效精確的控制。有害信號(hào)通過模擬量反饋信號(hào)電纜進(jìn)入模擬量輸入模塊，會(huì)造成整個(gè)模塊不能正常工作，甚至?xí)斐奢斎肽K的損壞，造成生產(chǎn)事故，給生產(chǎn)和設(shè)備造成損失，影響企業(yè)利潤。因此，在自動(dòng)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(shí)現(xiàn)了輸入對(duì)輸出對(duì)電源對(duì)地的四端三重隔離電路設(shè)計(jì)，因此無需系統(tǒng)接地線路，給設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工帶來極大方便。也正是由于這種信號(hào)線路無需共地的設(shè)計(jì)，使得檢測(cè)和控制回路信號(hào)的穩(wěn)定性和抗干擾能力大大增強(qiáng)，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。另外，這種隔離器產(chǎn)品除具備極強(qiáng)的濾波能力外，還有更強(qiáng)的信號(hào)處理能力，能夠接受并處理熱電偶、熱電阻、頻率等各種信號(hào)。

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(chǎn)的萬訊牌隔離器。如圖1。

圖1

該種隔離器有兩個(gè)通道，即可以在一個(gè)隔離器上接兩個(gè)模擬量輸入信號(hào)，經(jīng)濟(jì)實(shí)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(chǎng)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(duì)這兩種傳感器的反饋信號(hào)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(jìn)行任何設(shè)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(diǎn)：

（1）濾除模擬量輸入信號(hào)中的干擾信號(hào)，使模擬量反饋值穩(wěn)定、準(zhǔn)確。模擬量輸入信號(hào)中的干擾信號(hào)多來自于現(xiàn)場(chǎng)的高壓電纜及運(yùn)行中的高功率用電設(shè)備，如交流電動(dòng)機(jī)。由于現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，傳感器不能安裝在這些設(shè)備的影響范圍外。因此，模擬量輸入信號(hào)中混入干擾信號(hào)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(tái)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(shí)及時(shí)采取措施，防止?fàn)t蓋因高溫?fù)p壞。在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，該流量反饋值經(jīng)常發(fā)生跳變，且每次跳變持續(xù)1～2分鐘，然后又恢復(fù)到正常值，經(jīng)過一段時(shí)間后又發(fā)生類似情況。負(fù)責(zé)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(zhuǎn)。后來通過觀察發(fā)現(xiàn)反饋值發(fā)生跳變的情況總在運(yùn)送鋼水的鋼包車經(jīng)過流量傳感器附近時(shí)發(fā)生。該鋼包車傳動(dòng)系統(tǒng)為兩臺(tái)380V變頻調(diào)速電機(jī)。遂懷疑是鋼包車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電磁信號(hào)對(duì)傳感器的反饋值產(chǎn)生了干擾，但由于現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)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(yùn)行的干擾，為正常生產(chǎn)提供了保證。

（2）濾除模擬量輸入信號(hào)中的沖擊電流、電壓等有害信號(hào)，保護(hù)模擬量輸入模塊，防止模擬量輸入模塊損壞。在現(xiàn)場(chǎng)傳感器周圍難免有高壓設(shè)備及動(dòng)力電纜，電纜絕緣外皮因某種原因一旦破損，就會(huì)有短路情況發(fā)生，瞬間產(chǎn)生很大的電流，一旦這種電流進(jìn)入模擬量反饋信號(hào)線并到達(dá)模擬量輸入模塊，就會(huì)導(dǎo)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(chǎng)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(chǎng)環(huán)境溫度高，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力電纜絕緣皮老化速度快，經(jīng)常出現(xiàn)破損的情況，從而導(dǎo)致短路事故的發(fā)生。同時(shí)圖爾克模塊也經(jīng)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(shí)都必須停止生產(chǎn)，給生產(chǎn)造成很大影響。后來在模擬量輸入信號(hào)進(jìn)入模塊之前安裝了萬訊隔離器，輸入模塊沒有再發(fā)生經(jīng)常損壞的情況，效果明顯。

（3）隔離干擾信號(hào)，保證模擬量輸入模塊正常工作。干擾信號(hào)不僅會(huì)造成某一個(gè)模擬量反饋值不正常，而且會(huì)造成整個(gè)模擬量輸入模塊不能正常工作，導(dǎo)致這個(gè)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(gè)鎂粉噴吹控制柜，該控制柜在安裝調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)一個(gè)來自壓力傳感器的接線接到模擬量輸入模塊上時(shí)，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?，將其摘除后，模塊工作正常，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(jié)果包括該壓力反饋在內(nèi)的所有反饋值都正常，模塊工作正常。

結(jié)語

現(xiàn)代自動(dòng)控制系統(tǒng)主要對(duì)模擬量進(jìn)行閉環(huán)控制，在自動(dòng)控制過程中需要大量采集模擬量信號(hào)，然而由于現(xiàn)場(chǎng)有很多高電壓、大電流、大功率的設(shè)備，因此，模擬量信號(hào)在進(jìn)入模塊之前受到干擾在所難免。而在模擬量反饋信號(hào)進(jìn)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(hào)及沖擊電流、電壓，還可以隔離干擾信號(hào)，保證整個(gè)模擬量輸入模塊正常工作。因此，模擬量輸入隔離器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用是非常大的。