信號隔離柵的工作原理和結(jié)構(gòu)特點

一、信號隔離安全柵概述

信號隔離安全柵在工業(yè)領(lǐng)域中扮演著至關(guān)重要的角色。它是接在本質(zhì)安全電路和非本質(zhì)安全電路之間的裝置，主要功能是將供給本質(zhì)安全電路的電壓或電流限制在一定安全范圍內(nèi)。

信號隔離安全柵的出現(xiàn)，為工業(yè)生產(chǎn)中的安全保障提供了有力支持。在危險的工業(yè)環(huán)境中，各種電氣設(shè)備和系統(tǒng)的運行存在著潛在的安全風(fēng)險。而信號隔離安全柵的作用就是在本質(zhì)安全電路和非本質(zhì)安全電路之間建立一道安全屏障，確保危險區(qū)域的能量不會傳遞到安全區(qū)域，從而保障人員和設(shè)備的安全。

信號隔離安全柵的工作原理較為復(fù)雜。它通常由回路限能單元、電流隔離單元和信號處理單元三部分組成?；芈废弈軉卧前踩珫诺暮诵牟糠郑渲饕δ苁窍拗七M入本質(zhì)安全電路的能量。當回路電壓接近安全限壓值時，回路限能單元中的齊納管導(dǎo)通，使齊納管兩端的電壓始終保持在安全限壓值以下。同時，電阻用于限制電流，當電壓被限制后，適當選擇電阻值，可將回路電流限制在安全限流值以下。保險絲的作用是防止因齊納管被長時間流過的大電流燒斷而導(dǎo)致回路限壓失效。當超過安全限壓值的電壓加在回路上時，齊納管導(dǎo)通，如果沒有保險絲，流經(jīng)齊納管的電流將無限上升，最終燒斷齊納管，使回路失去限壓。為確?；芈废迚喊踩?，保險絲的熔斷速度要比齊納管可能被燒斷的速度快十倍。

電流隔離單元的作用是實現(xiàn)輸入和輸出信號之間的電流隔離，防止地環(huán)電流對信號的干擾，同時保護系統(tǒng)不受來自現(xiàn)場危險能量的影響。信號處理單元則根據(jù)安全柵的功能要求進行信號處理，將來自危險區(qū)的電壓、電流信號，經(jīng)隔離變送輸出單路或相互獨立的雙路電流 / 電壓信號到安全區(qū)，也可通過配置的通訊接口在安全區(qū)進行串行通訊聯(lián)網(wǎng)。

二、隔離柵的作用

1.信號隔離柵的作用：

?①：信號隔離柵可以將來自危險區(qū)的電壓、電流信號隔離變送輸出到安全區(qū)，確保信號的穩(wěn)定性和抗干擾能力。

②能量限制?：隔離柵可以有效限制危險場合中的能量傳遞，防止引爆源的產(chǎn)生，消除引爆風(fēng)險。

③提高系統(tǒng)可靠性?：通過隔離柵的使用，可以大幅度降低對危險區(qū)儀表的要求，提高整個系統(tǒng)的可靠性和安全性。

2.信號隔離柵在不同場景下的具體應(yīng)用

①自動化行業(yè)?：在自動化行業(yè)中，隔離柵用于給危險區(qū)的變送器提供電源，變送器產(chǎn)生的電流信號經(jīng)過隔離柵轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的線性電壓或電流信號輸出至安全區(qū)。

?②工業(yè)控制?：在工業(yè)控制系統(tǒng)中，隔離柵用于限制因故障引起的安全區(qū)向危險區(qū)的能量傳遞，確保工業(yè)控制系統(tǒng)的安全運行。

?④電氣安全?：在電氣安全領(lǐng)域，隔離柵用于提高電氣設(shè)備的電氣安全性能，防止電氣故障引發(fā)的安全隱患。

3.信號隔離刪的工作原理和結(jié)構(gòu)特點

①三方隔離?：隔離柵采用輸入/輸出/電源三隔離的方式工作，無需系統(tǒng)接地線路，提高了檢測和控制回路信號的穩(wěn)定性和抗干擾能力。

?②獨立供電?：隔離柵需要獨立供電，確保其在各種工作環(huán)境下都能穩(wěn)定運行。

?③多信號處理能力?：隔離柵能夠接受并處理熱電偶、熱電阻、頻率等多種信號，輸出兩路相互隔離的信號，提高所連接設(shè)備之間的電氣安全絕緣性能。

4.安科瑞信號隔離柵相關(guān)產(chǎn)品

BM100系列信號隔離器可以對直流電流、電壓等電量參數(shù)或溫度、電阻等非電量參數(shù)進行精確測量，經(jīng)隔離轉(zhuǎn)換成標準的模擬信號輸出。即可直接與指針表、數(shù)顯表相接，也可以與自控儀表（如PLC）相接，廣泛應(yīng)用與電力、鐵路、化工、食品、倉儲等行業(yè)的自動化系統(tǒng)。

BM200系列隔離式安全柵采用了限壓、限流、隔離等措施，不僅能防止危險能量從本安端子進入危險現(xiàn)場，提高系統(tǒng)的本防爆性能，而且增加了系統(tǒng)的抗干擾能力，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。

BM100-K系列開關(guān)量輸入信號隔離器，輸入點或NAMUR型接近開關(guān)信號，繼電器或晶體管隔離輸出可通過撥碼設(shè)置輸出和輸入同相或反相邏輯控制，設(shè)置開啟或關(guān)閉線路故障檢測功能。該產(chǎn)品需要獨立供電，輸入、輸出和電源三端隔離。

三、       信號隔離安全柵的功能與優(yōu)點

1. 信號隔離器功能

信號隔離器在工業(yè)控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，主要有以下幾個功能：

保護下級控制回路：在工業(yè)生產(chǎn)中，各種設(shè)備和儀表之間的連接復(fù)雜，不同設(shè)備的接地可能存在電勢差，導(dǎo)致接地環(huán)流出現(xiàn)，從而干擾信號傳輸。信號隔離器能夠有效隔離這些干擾，保護下級控制回路，確保控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

消弱環(huán)境噪聲影響：工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，存在著各種噪聲干擾，如變頻器、電機等設(shè)備的強電磁輻射，可能導(dǎo)致信號失真出現(xiàn) “毛刺"。信號隔離器通過內(nèi)部半導(dǎo)體器件對輸入信號進行調(diào)制變換、隔離傳輸和解調(diào)轉(zhuǎn)換，能夠有效過濾這些噪聲，提高信號的質(zhì)量。

抑制干擾：公共接地、變頻器、電磁閥及不明脈沖等都可能對設(shè)備產(chǎn)生干擾。信號隔離器采用三端隔離技術(shù)，各個過程環(huán)節(jié)有效隔離，保證信號傳輸精度的同時，能夠抑制這些干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。

對下級設(shè)備具有限壓、限流功能：當控制回路出現(xiàn)強電壓沖擊時，信號隔離器能夠限制進入下級設(shè)備的電壓和電流，保護下級設(shè)備免受損壞。例如，在一些重要的模擬量信號傳輸中，加裝信號隔離器可以起到很好的保護作用。

2. 隔離式安全柵功能

采用三方隔離方式，無需系統(tǒng)接地線路：隔離式安全柵采用了將輸入、輸出及電源三方之間相互電氣隔離的電路結(jié)構(gòu)，與齊納式安全柵相比，無需系統(tǒng)接地線路，給設(shè)計及現(xiàn)場施工帶來極大方便。在實際工程應(yīng)用中，接地系統(tǒng)的要求往往較為苛刻，而隔離式安全柵的這一特點可以大大降低施工難度和成本。

對危險區(qū)儀表要求降低：現(xiàn)場無需采用隔離式的儀表，對危險區(qū)的儀表要求大幅度降低。這使得在危險區(qū)域的設(shè)備選型更加靈活，降低了設(shè)備成本。

抗干擾能力強：由于信號線路無需共地，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。例如，在距離較遠的電氣設(shè)備、儀表、PLC 控制系統(tǒng)、DCS 系統(tǒng)之間進行信號傳輸時，隔離式安全柵能夠有效抵抗各種干擾，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

具備更強輸入信號處理能力：能夠接受并處理熱電偶、熱電阻、頻率等信號，這是齊納式安全柵所無法做到的。在一些復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)中，需要處理多種類型的信號，隔離式安全柵的這一功能可以滿足這些需求。

可輸出兩路相互隔離信號：隔離式安全柵可輸出兩路相互隔離的信號，以提供給使用同一信號源的兩臺設(shè)備使用，并保證兩設(shè)備信號不互相干擾，同時提高所連接設(shè)備相互之間的電氣安全絕緣性能。例如，在一些需要同時為兩臺設(shè)備提供信號的場合，隔離式安全柵可以確保信號的獨立性和穩(wěn)定性。

六、信號隔離安全柵的應(yīng)用領(lǐng)域

信號隔離安全柵廣泛應(yīng)用于多個高危行業(yè)，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

在石油、天然氣開采行業(yè)，工作環(huán)境復(fù)雜且存在易燃易爆的風(fēng)險。信號隔離安全柵能夠有效限制危險區(qū)域中的異常電信號傳到安全區(qū)域設(shè)備，確保工作人員和設(shè)備的安全。例如，在開采過程中，各種傳感器和變送器產(chǎn)生的信號需要準確地傳輸?shù)娇刂浦行倪M行監(jiān)測和控制。信號隔離安全柵可以將這些信號進行隔離和轉(zhuǎn)換，防止危險能量的傳遞，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

煉油、化工企業(yè)也是信號隔離安全柵的重要應(yīng)用領(lǐng)域。這些企業(yè)在生產(chǎn)過程中會涉及到各種危險化學(xué)品和高溫高壓的工藝條件。信號隔離安全柵可以把安全區(qū)控制信號隔離后傳到危險區(qū)的控制設(shè)備，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的精確控制。同時，它還能有效防止地環(huán)電流對信號的干擾，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

燃油、燃氣充裝站同樣需要信號隔離安全柵來保障安全。在充裝過程中，一旦出現(xiàn)異常電信號的干擾，可能會引發(fā)嚴重的安全事故。信號隔離安全柵可以限制危險區(qū)域中的異常電信號傳到安全區(qū)域設(shè)備，確保充裝過程的安全可靠。

制藥行業(yè)對生產(chǎn)環(huán)境的要求非常嚴格，任何微小的干擾都可能影響藥品的質(zhì)量和安全性。信號隔離安全柵可以為制藥過程中的各種儀表和設(shè)備提供穩(wěn)定的信號傳輸，防止外界干擾對生產(chǎn)過程的影響。同時，它還能有效隔離危險區(qū)域和安全區(qū)域，保障工作人員的安全。

污水處理行業(yè)雖然相對其他行業(yè)危險性較低，但也存在一些潛在的電氣安全風(fēng)險。信號隔離安全柵可以在污水處理過程中，對各種監(jiān)測設(shè)備和控制設(shè)備的信號進行隔離和轉(zhuǎn)換，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

信號隔離安全柵在石油、天然氣開采、煉油、化工、燃油燃氣充裝站、制藥及污水處理等高危行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景，為這些行業(yè)的安全生產(chǎn)提供了有力的保障。