仪控系统信号测量隔离技术的分析与应用new

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1、仪控系统信号测量隔离技术分析与应用张伟宁2朱晓明1邵黎勋2徐能2黄文君1(1浙江大学控制系，杭州，310027；2中控科技集团有限公司，杭州，310053)摘要：分析了数字化仪控系统信号测量进行电气隔离的目的，提出分别针对电气隔离与非电气隔离的信号测量技术方案。在电气隔离的技术方案中，在光电隔离、变压器隔离等常见隔离技术之外提出PhotoMOS隔离技术；在非电气隔离的技术方案中设计了接地实施方案。通过合理的现场分析、模块选型和系统安装，正确合理选用电气隔离或者非电气隔离，在保证系统可靠性前提下能有效抑制浪涌、脉冲群等干扰对测量的影响，

2、提高系统性价比。关键词：数字化仪控系统信号测量电气隔离非隔离方案PhotoMOS隔离技术IsolationTechnologyandApplicationinSignalMeasurementBasedonControlSystemZHANGWei-ning2ZHUXiao-ming1ShaoLi-xun2XUNeng2HUANGWen-jun2(1ZhejiangUniversity,Hangzhou,310027;2SUPCONgroupCo.,LTD,Hangzhou,310053;)Abstract：Inthispaperwe

3、analyzetheadvantagesofelectricalisolationappliedinsignalmeasurementbasedonDCS.Thenweputforwardtwotechnicalsolutionsforsignalmeasurementinthesituationofelectricalisolationandnon-isolation.Inthetechnicalsolutionofelectricalisolation,weproposeanewisolationmethodbasedonPhot

4、oMOStechnologybesidesseveraltraditonalisolationtechnologiessuchasopticalisolation,transformerisolationandsoon.Inthetechnicalsolutionofnon-isolation,wedisigngroundingscheme.Byrationallyanalyzingtheindustryfield,andselectingsuitablemoduleandinstallationmethod,wecanchoosee

5、lectricalisolationandnon-isolationcorrectly,thenwecanefficientlyeliminatethedisturbancethatpulsetrainandsurgesexertonsignalmeasurementandimprovesystemperformancetopriceratio.Keywords：DCSSignalMeasurementElectricalIsolationNon-isolationSolutionPhotoMOSIsolationTechnology

6、0.引言数字化仪控系统对可靠性和抗干扰特性的要求很高，而信号测量作为数字化仪控系统中重要的一环，常采用电气隔离方法提高抗干扰能力。信号测量的过程中，现场各个变送器之间、变送器电信号与控制系统之间存在两端地电势不平衡，可能对电路造成损坏。而采用电气隔离可消除这种风险，同时也能有效抑制浪涌、脉冲群等干扰对测量的影响。具有电气隔离的DCS信号采集的可靠性、抗干扰特性往往优于非隔离的系统，但同时系统设计难度提高，而且系统设计和应用成本也大幅度提高。因此，用户在系统选型的时候常常因为不能兼顾性能和成本而感到苦恼。本文以中控WebFieldECS

7、-100控制系统信号采集和应用为案例，通过分析仪控系统信号测量进行电气隔离的目的，设计了电气隔离和非电气隔离条件下高可靠性信号测量的技术方案，给出了合理的应用设计也能有效建立高度可靠系统的技术方案。1.电气隔离的目的隔离测量设计是将现场数据采集侧（包括输出供电电压和输入模拟量信号等）与DCS的其它部分通过电气隔离方法进行分离，同时保证有效信号能正常的传输和测量。在现场工业环境中，有效信号内耦合了各种干扰信号，包括由于地电压不平衡造成的共模干扰、由各种噪声或者是突发的高电压（如雷电、变频电机的电磁干扰等）造成的脉冲群、浪涌等，这些干扰信

8、号会耦合在现场信号电缆内[1]并传导到控制系统侧。引入隔离型测量系统设计后，可有效提高共模电压抑制，改善噪声抑制能力，消除接地环路，保护操作人员、设备及数据安全，不受瞬态电压的危险。抑制现场信号的噪声——脉冲群所有的现场