德国Knick产品测量原理

http://www.intl-sensor.com 时间:2008/5/23 15:50:18 点击2307次

PLC隔离器
PLC的模似输入和输出真的浮动吗？PLC系统外围模似I/O的安全电器隔离。
虽然今天数据总线系统无处不在，模似信号传送仍然起着重要的作用－确切的说是传送这些测量值到控制中心和进一步处理测量信号用于测量任务、控制和信号工程。0（4）…20mA电流和0…10V的电压信号被用作标准信号。系统的可靠性由无干扰、准确传送的信号决定。
电位干扰
在大致的工业环境中有很多不同种类的干扰冲突。电容或电导耦合高频虚假信号的电位源，接地电位的不同导致寄生电压和失真的测量值。开关操作或电火花能快速产生瞬时电位传到下游，影响甚至破坏测量设备。
可靠的解决方案
一个最重要的要求就是在准确测量数据，尤其是通过长距离获得时的三端隔离，即输入、输出和电源供应的电隔离。
这能阻止任何影响（包括供电系统），来保证系统的可靠性。随着Knick(可尼可)新产品VariTrans® A 20000三端口隔离放大器的出现，能最好的解决控制器输入的信号隔离。Knick消灭了错误信号和系统故障的一个重要根据。在控制器输入连接中实行根据EN 61140的安全隔离。
电导耦合的测量错误
直接连接测量信号到PLC涉及到电导耦合。这里有两种形式的电导耦合。两个或更多主电路的电导耦合和主电路与接地电流电路的电导耦合。问题发生在传感器参考接地和测量输入参考点之间有个电压（共模电压）。产生的原因，如：
1. 地面和接地点标高的差异
2. 地电位和接地端的电位差
3. 接地保护导线连接分的太远
共模电压和共模干扰会发生在测量导线和接地参考点。
原因和影响
当使用不对称测量输入时，共模干扰会导致测量错误，测量电路电压和共模电压没法区分。依靠对称输入（差分输入）就能解决测量电路电压和共模电压原问题。如果通过合适的电路设计，干扰源通过共模调制，使输出信号和放大的传感器信号一致。
设计外表
在高频时，差分输入的的共模截止降低，高的共模干扰影响传感器信号。
在实践还有更严重的问题，可允许的共模电压通常被限制在很小的几个电压，超过允许电压后就会导致更大的测量错误。
电隔离中断了普通的电路，因此共模电压理论上变为无效了。隔离距离承担着共模电压（隔离电压、工作电压）。电隔离的安全性和效力与设计和结构有关。
电隔离：安全性和标准
EN 61140
EN 61140描述电冲击的测量保护和定义的电路合适电隔离的要求。隔离系统相关的安全电隔离表示为基本保护和附加保护或相当的绝缘。
EN61140-1
特别高安全标等级“安全电隔离”的执行，必须以测量的专门设计及使用材料的绝缘性能保证。相关要求在 “测量、控制和实验室使用电设备的安全要求”规定。一个重要的参数就是隔离的可靠性（长期），它描述为工作电压的规范。要保证安全电隔离大于这个电压。必须指出的是工作电压也决定于周围的环境，尤其是污染等级（环境可能污染的描述）和过压等级（层电压脉冲）。层电压脉冲（也叫电快速瞬变）经常发生在开路和闭路系统的测量点。如：由转炉产生的，通过交换（电流从一个半导体迁移到下一个）产生有规则的电压高峰。另外开关操作、发动机电路断器的电火花能产生数千伏的瞬时电压。
EN61010-1有着严格的测试程序，也考虑增加电快速瞬变和提高保护极限。总之安全电隔离必须陈述包括在污染等级和过压等级下可靠工作。
EN 61131
可存储可编程控制器的一个重要基本标准就是根据出版的EN 61131系列标准建立的。系统和外围设备的相互兼容性是最先考虑的。标准的第二部分描述可存储可编程控制器工作运行、贮存和运输条件的电、机械和功能要求。此外，用于其后测试兼容性的测试方法和程序也被定义。特别是电冲击保护的机械要求也要被定义。如间隔和移动距离。EN 61131-2的要求在电隔离中必须要考虑。
考虑电隔离符合标准因而是设计的决定性参数，也是系统安全和无干扰工作的前提。
PLC系统的内部电隔离
一个PLC的输入和输出的电隔离不是相关电气隔离要求的真正解决方法。使用电隔离模块，测量电路和建筑地面之间没有电气边接，面测量电路通常连接在相同的地线。测量电路之间的电气隔离经常会因为费用和空间的原因而被免除。
然而，如果测量信号用十字连接用共同点直接连接到PLC，这能导致很难追研的测量错误，这样PLC的计算是建立在不正确过程数据上的。最后很明显的就是低成本的工作系统，不可避免的陷于化费时间和金钱的寻找和修理故障中。
不可避免的是，在一个紧凑壳体中实现大量输入和输出的有效、高质量隔离是一个几乎不可能解决的设计任务。谈到度量衡学特性和可靠性，制造商几乎是不可能找到衷方法的。通常这些模块没有安全电气隔离。也没有关于额定电压（工作电压）、污染等级和过压等级的信息。因此定性评估安全电隔离是不可能的。
前景
长期解决“电隔离”问题只有使用专门的隔离放大器才能保证。这些设备不可缺少特性就是设计标准基础符合公司经过验证规范。这有助于防止测量错误，大大提高开放和闭合回路控制系统的安全性和可靠性。
为了增加适应性，除了安全电隔离，隔离放大器也要采取信号匹配的任务。在控制器一使用简单的模块（没有电隔离）也要被考虑。
为了上面提到原因，Knick开发出了用于PLC的隔离放大器。
VariTrans® A 20000
新开发的PLC隔离放大器可靠隔离和输送0(4) ... 20 mA 和 0 ... 10 V的标准信号，并提供不需要调整的已校准范围选择。
尽管只有6.1mm宽度的模块盒，新开发的VariTrans® A 20000符合根据EN 61140和EN 61010-1的安全电隔离要求。安全电隔离的设计也考虑到了EN 61010-2的要求。设备装备着专用变压器，它有在输入和输出/电源供应之间最高300V AC/DC、过压等级Ⅱ和污染等级2工作电压的安全电隔离的隔离系统。测试电压是2.5kV。很小的电容泄漏保证高的瞬时共模干扰能被可靠隔离和不会导致系统故障。同时设备的结构和转换技术保证优秀的传送精度，此外还能达到零点稳定、线性和长期稳定性。
通用性
三端口隔离的通用性。考虑允许的工作电压，输入和输出电路能应用在任何电位。VariTrans® A 20000没有区别是输入和输出隔离放大器的要求主，因为三个电路之间都是相互电气隔离的。
紧凑的外壳和最小的自身热量
Knick隔离放大器的极低电源消耗和很低的自身热量。使可靠性和使用寿命都得到很大的增长。同时电元件的使用寿命也增长，如VariTrans® A 20000　PLC隔离放大器的平均故障间隔时间为440年。
极端紧凑的外壳能得到很好的使用，安装不需要任何间隙。在标准轨道上每米最多可安装163个设备。补给电源的供应可以使用方便的最多连接41个的插入式梳形插件。
VariTrans® P 27000
灵活的特别的模块盒来自Knick公司的VariTrans® P 27000隔离放大器可应用在PLC领域中的所有特殊场合。
它能转换所有输入电压和电流到能被PLC输入模块处理的标准信号。无极性的测量信号（如0…200V）、同样也可以是双极性信号(-150…+150mV),都可以被转换成用于PLC应用的标准信号（如4…20mA或+/-10V）。
隔离器中的万用表
480种已校准的可选择范围，因而不需要费力的校准。DIP转换用于VariTrans® P 27000设定输入和输出范围，零点补偿，双极性和无极性传送及进一步的性能。增益错误仅为0.08%的测量值。
在特殊的场合，已校准的操作也能失效，也能通过依靠微调电位差计来调整零点和增益。
宽范围的电源供给，20…253V AC/DC
综合的VariPower®三端口开关电源电源供给，有所有国际上使用电网的连续范围的电压，提供一个简单可靠的工作系统。这种开关电源不仅能使用各种类型号的电压，也能保证隔离放大器在不稳定电网里的完全功能。
紧凑性和可靠性
只有12.5mm宽的模块盒使用插入螺纹接线端，能简单和快速安装和预先连接到开关柜。固定螺纹接线端的盒子能承受很高的机械负载。除了配置生产简单输入和输出范围，容易打开的盒子也能提供连接和误调整的保护。
极端低的能耗和相关的最小自身热量能增加可靠性。
结果：五年的质量保证期
最佳系统可靠性的Knick PLC隔离放大器。
Knick PLC隔离放大器保证标准信号和控制输入的最大的可靠性。在这样一种设计下才能保证设备在有限制和过载情况下的可靠性能。
补偿电流，共模干扰和危险电压被消灭了。系统更加可靠和更安全。

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