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關(guān)鍵詞： 隔離器 安全柵 并聯(lián)供電 液晶顯示 工位號(hào) 工控 系統(tǒng) PLC
摘要：
宇通儀表自1989年開(kāi)始就致力于電磁隔離技術(shù)、防爆安全柵的研究。創(chuàng)新型的道路完美的迎合了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的變化。新一代隔離器、安全柵能夠全方位的解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的隔離、抗干擾，為工業(yè)控制的安全性、可靠性奠定了良好的基礎(chǔ)。
新一代安全柵（隔離器）應(yīng)用了全新的電路設(shè)計(jì)、完美的外觀設(shè)計(jì)、可靠的工藝技術(shù)。自適應(yīng)負(fù)載的出爐讓安全柵（隔離器）與現(xiàn)場(chǎng)儀表以及DCS、PLC有著很好的鏈接。用戶(hù)不需要再為安全柵（隔離器）帶不起負(fù)載而頭痛。液晶顯示的推出完全簡(jiǎn)化了儀表維護(hù)人員的工作，輸入、輸出信號(hào)具體值可以很直觀的讀出，故障也可以迅速的排查。工位號(hào)的設(shè)定顯示完全解決了標(biāo)簽貼錯(cuò)或者貼不牢固的局面。新型并聯(lián)式的供電方式明顯減少了接觸電阻，降低了電源線的發(fā)熱量做到了節(jié)能的要求。電源采用音頻線為廣大用戶(hù)帶來(lái)了方便，簡(jiǎn)化了走線槽的線路。
功能和穩(wěn)定性是新一代安全柵的兩大特點(diǎn)，這兩者缺一不可。在最?lèi)毫拥沫h(huán)境中依然隔離正常，性能穩(wěn)定。
<!--[if !supportLists]-->一、 <!--[endif]-->全新的電路設(shè)計(jì)
隨著工業(yè)控制系統(tǒng)精準(zhǔn)性的提高，舊的電路設(shè)計(jì)已不能滿(mǎn)足信號(hào)轉(zhuǎn)換精度的要求，多信號(hào)輸入的的通用類(lèi)型儀表將是市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。環(huán)保、節(jié)能口號(hào)的提出，工業(yè)儀表業(yè)必須考慮低功耗的應(yīng)用。那么新一代隔離器、安全柵在處理低功耗時(shí)應(yīng)用了自適應(yīng)負(fù)載技術(shù)。全新的專(zhuān)利技術(shù)使安全柵(隔離器)的功耗大大降低，同時(shí)負(fù)載變化也完全不會(huì)影響功耗的變化，產(chǎn)品一直處于低功耗。
1、高精度、低溫漂、高穩(wěn)定性
新電路的應(yīng)用讓安全柵（隔離器）的精度一直在不斷提高，由以前的0.5%一直到現(xiàn)在的0.02%。這樣的精度就要求元器件的精度必須提高，電阻的精度由以前的1%提升到現(xiàn)在的0.01%。元器件在采購(gòu)時(shí)完全使用原裝進(jìn)口的元器件。這從源頭上解決了精度問(wèn)題。
低溫漂器件的選用以及新電路原理的應(yīng)用，使安全柵（隔離器）的整體溫度漂移處于20PPM。這樣的溫度漂移系數(shù)在工業(yè)儀器儀表中還是很高的指標(biāo)。新電路使用基點(diǎn)參考的方式，在溫度變化之前有個(gè)參考點(diǎn)，溫度變化之后也有個(gè)參考點(diǎn)。然后應(yīng)用這兩個(gè)參考點(diǎn)之間的差異就可以得出一個(gè)溫度漂移系數(shù)。然后用安全柵（隔離器）的輸出變化范圍去驗(yàn)證這個(gè)溫度漂移系數(shù)是否正確。
要解決高穩(wěn)定性就必須使用特殊方式，在安全柵電路系統(tǒng)上應(yīng)用了閉環(huán)控制信號(hào)變化的方法來(lái)保證高穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)。，當(dāng)外界環(huán)境變化了，電路系統(tǒng)自身會(huì)進(jìn)行一定的控制調(diào)整，確保安全柵整個(gè)電路系統(tǒng)相對(duì)于輸入信號(hào)來(lái)說(shuō)處于一個(gè)相當(dāng)穩(wěn)定的狀態(tài)，這個(gè)外界環(huán)境變化包括溫度、時(shí)間、空間等方面的變化。
2、通用型輸入信號(hào)入口處理
現(xiàn)代工業(yè)朝著多元化方向發(fā)展，工業(yè)的控制系統(tǒng)也日趨發(fā)雜，控制信號(hào)的種類(lèi)也越來(lái)越多。就信號(hào)大類(lèi)就如以下：熱電阻、熱電偶、配電、電流、劃線電阻等。每個(gè)大類(lèi)里面還有很多的小類(lèi)，做這么多類(lèi)信號(hào)的識(shí)別、處理是何等的困難。
面對(duì)工業(yè)儀表的發(fā)展趨勢(shì)，通用型安全柵（隔離器）將會(huì)主宰市場(chǎng)。如何將輸入信號(hào)單一的安全柵（隔離器）發(fā)展成為多信號(hào)輸入的安全柵這是許多研發(fā)生產(chǎn)廠家面臨的最大困難。宇通儀表在這方面的研發(fā)實(shí)力還是很強(qiáng)大的，克服了重重難關(guān)。信號(hào)類(lèi)型的復(fù)雜多變，必然會(huì)給精度、信號(hào)處理帶來(lái)巨大的難關(guān)。精通MOS開(kāi)關(guān)的應(yīng)用，會(huì)將這些難關(guān)一一克服。MOS開(kāi)關(guān)控制信號(hào)切換在靈活性上優(yōu)于電橋的切換方式。
3、低功耗、自適應(yīng)負(fù)載
自適應(yīng)負(fù)載是指在安全柵（隔離器）正常工作時(shí)，功耗保持在一個(gè)很低的狀態(tài)，輸出能帶動(dòng)的負(fù)載是可以在0—750歐姆變化的。這一新的技術(shù)專(zhuān)利完全打破了固定負(fù)載的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念。
固定負(fù)載產(chǎn)品當(dāng)輸出負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，功耗是不能保持在一個(gè)低狀態(tài)的，負(fù)載變化的差值將使功耗消耗在安全柵（隔離器）本身。那么就會(huì)造成安全柵（隔離器）自身發(fā)熱。當(dāng)負(fù)載是0—750歐姆時(shí)，輸出的驅(qū)動(dòng)功率一般設(shè)計(jì)指標(biāo)為0.5W。當(dāng)實(shí)際使用時(shí)負(fù)載在50歐姆時(shí)那么功率就是0.02W。這樣功率上就存在0.5W-0.02W=0.48W的差值，這0.48W的差值就是消耗在安全柵（隔離器）自身。并且這只是一臺(tái)產(chǎn)品，要是控制柜中密集安裝，那么這個(gè)發(fā)熱量就是一個(gè)很大的值。
使用自適應(yīng)負(fù)載的產(chǎn)品時(shí)，負(fù)載雖然變化了，功率卻可以穩(wěn)定在一個(gè)低功耗的狀態(tài)，這個(gè)低功耗的產(chǎn)生是由于壓降變化了，當(dāng)壓降降低，負(fù)載雖然是增加，但是壓降U和負(fù)載R是<!--[if !msEquation]--> <!--[if !vml]--> <!--[endif]--><!--[endif]-->的關(guān)系，這樣壓降的降低就幾乎可以抵消負(fù)載的降低，這兩個(gè)總體的作用效果就是讓安全柵（隔離器）隨著壓降的變化保持在低功耗的狀態(tài)。這樣的電路就是調(diào)壓電路，用壓降和功耗的變化去保證低功耗的狀態(tài)。
下表是對(duì)比的測(cè)試數(shù)據(jù):
測(cè)試條件：電源24DC；負(fù)載變化 50歐姆～750歐姆
輸出模塊類(lèi)型 標(biāo)準(zhǔn)輸出模塊 自適應(yīng)負(fù)載輸出模塊
模塊的耗散功率（50Ω） 320mW 10mW
模塊的耗散功率（250Ω） 220mW 10mW
模塊的耗散功率（500Ω） 120mW 10mW
模塊的耗散功率（750Ω） 20mW 10mW
自適應(yīng)負(fù)載安全柵在使用時(shí)就不需要精確的知道具體負(fù)載，比如西門(mén)子不同型號(hào)的負(fù)載不一樣時(shí)，運(yùn)用自適應(yīng)負(fù)載的安全柵就可以很好的與西門(mén)子的PLC進(jìn)行配合使用，并且安全柵沒(méi)有發(fā)熱量，一直處于低功耗狀態(tài)。
<!--[if !supportLists]-->二、 <!--[endif]-->完美的外觀設(shè)計(jì)
安全柵（隔離器）作為產(chǎn)品不但要在性能上向前發(fā)展，外觀設(shè)計(jì)上也必須創(chuàng)新，這樣才能保證整個(gè)產(chǎn)品的向前發(fā)展。外觀和性能的完美結(jié)合才是產(chǎn)品價(jià)值的真正體現(xiàn)。新一代安全柵（隔離器）在這方面突出體現(xiàn)在并聯(lián)母線的應(yīng)用、插拔式結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的應(yīng)用模具也有了相應(yīng)的提升。
1、并聯(lián)母線的應(yīng)用
并聯(lián)母線背板供電方式是指5線雙面并聯(lián)方式組成供電電源線、地線和正極，在導(dǎo)軌上形成沒(méi)有連接點(diǎn)的一體化母線。其中單根母線累計(jì)覆銅寬度＞3mm╳4=12mm，線阻0.041Ω/m。（銅箔厚度0.035mm,截面積12╳0.035=0.42mm2，導(dǎo)電率0.0172, 長(zhǎng)度1m ，線阻R=0.0172╳1/0.42=0.041Ω/m）
1.2m長(zhǎng)的母線背板導(dǎo)軌，雙線電阻按0.1Ω計(jì)。100臺(tái)表在母線上的平均電流50mA╳100=5A，母線的壓降（0.1Ω╳5A=）0.5V。
底座與母線并聯(lián)連接，單個(gè)接觸電阻按0.3Ω計(jì)，單表工作電流50mA，母線與底座的壓降（0.3Ω╳50mA=）15mV,可忽略。若因接觸不良導(dǎo)致接觸電阻增大20倍，母線與底座壓降6Ω╳50mA = 0.3V ,可忽略。
注：不建議在XSA(XS)上使用雙線串聯(lián)連接電源端子,或者使用串聯(lián)拼接型路橋供電方法；設(shè)每個(gè)連接點(diǎn)接觸電阻5╳2=10 mΩ，100個(gè)連接點(diǎn)阻值為1Ω，通過(guò)5A電流壓降為5V，功率25W；由于導(dǎo)軌前段連接點(diǎn)電流大，后段連接點(diǎn)電流小，熱量集中在前段，散熱不勻，使局部產(chǎn)生高熱甚至電源開(kāi)路。必須采用上述方式供電時(shí)，電源線應(yīng)進(jìn)行分組，每對(duì)電源線負(fù)載不要超過(guò)15臺(tái)。
電源線沒(méi)有剪斷，直接壓接在電源端子里面，電源線就成為一根母線，除了線本身的電阻外，電源線與電源線之間不再存在接觸電阻，每臺(tái)表就會(huì)減少0.25W功率消耗。
例如：母線采用1mm直徑純銅線，2m長(zhǎng)度，線阻為（0.0172╳2/（3.14╳0.52） =）0.043Ω，5A電流在2m母線的壓降小于0.25V，功耗為1.25W，可忽略。
母線跟電源端子之間仍存在接觸電阻，但每個(gè)接觸電阻只通過(guò)一臺(tái)表的電流，平均50mA， 壓降為50mA*5mΩ=0.25mV，功率為0.00025*50mA=0.0125mW。可不計(jì)。
如果不使用母線方法供電，特別是在單個(gè)儀表盤(pán)內(nèi)配置較多安全柵（隔離器）時(shí)，應(yīng)該采用電源線分組方法來(lái)對(duì)安全柵（隔離器）供電，每組線連接安全柵（隔離器）不超過(guò)15臺(tái)。應(yīng)使用多芯線焊接以后再與電源端子壓接。這種方法是常用的，可以有效降低電源端子上的溫升。但同時(shí)也會(huì)使盤(pán)內(nèi)的布線增多和散亂。 比如100臺(tái)表就需要增加10多根電源線和地線。 特別是系統(tǒng)對(duì)地參考點(diǎn)也變得混亂不可控了。
由以上可見(jiàn)并聯(lián)母線的應(yīng)用解決了，控制柜線槽走線雜亂、接觸電阻大的局面。不但節(jié)省電能同時(shí)也節(jié)省了電源線纜的使用。
2、插拔式的結(jié)構(gòu)
XSA(XS)采用了插拔式的結(jié)構(gòu)外型，這在工業(yè)儀表中式少見(jiàn)的，但是這種創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)非常適合現(xiàn)代工業(yè)控制柜中儀表的密集安裝。
插拔式結(jié)構(gòu)是指輸入、輸出、電源端子集成一體稱(chēng)為底座和信號(hào)隔離和信號(hào)轉(zhuǎn)換等部分稱(chēng)為表芯。這兩者是可分離的。對(duì)于新一代安全柵（隔離器）來(lái)說(shuō)這個(gè)插拔式結(jié)構(gòu)不但可以插拔還可以實(shí)現(xiàn)儀表底座的互換。這樣對(duì)于通用型產(chǎn)品，可以進(jìn)行預(yù)接線，先將安全柵（隔離器）的電源、輸入、輸出走線完全接好，然后通過(guò)組態(tài)軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行組態(tài)，將不同作用的安全柵插到對(duì)應(yīng)得位置。同時(shí)插拔式結(jié)構(gòu)的使用讓儀表人員能夠方便快捷的對(duì)控制柜進(jìn)行檢修。檢修時(shí)只需要將舊的儀表拔下，把新的儀表芯插上即可。
三、液晶顯示、工位號(hào)
工業(yè)控制系統(tǒng)中顯示儀表還是比較多的，大多數(shù)壓力變送器、流量?jī)x表等都是帶顯示的。顯示儀表自身有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，所謂顯示就是操作人員可以很方便的從儀表顯示頭上讀取數(shù)據(jù)。和以往不帶顯示的儀表相比有著不可替代的作用。沒(méi)有顯示的儀表要知道數(shù)據(jù)就需要通過(guò)其他測(cè)量?jī)x表來(lái)讀取數(shù)據(jù)，即使一些儀表有表盤(pán)但是沒(méi)有顯示數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是通過(guò)
液晶顯示在安全柵上的應(yīng)用是很少見(jiàn)的，將安全柵的輸入、輸出信號(hào)顯示出來(lái)完全簡(jiǎn)化了儀表操作人員的工作內(nèi)容。當(dāng)進(jìn)行儀表檢修時(shí)，只需要用眼睛去看下安全柵的輸入、輸出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)不正常的就是那個(gè)工位的現(xiàn)場(chǎng)儀表或者關(guān)聯(lián)儀表有問(wèn)題。
液晶顯示對(duì)于輸入信號(hào)可以顯示輸入的溫度、電流、電壓、頻率以及配電的百分比等。對(duì)于輸出可以顯示電流、電壓、頻率等。
工位號(hào)對(duì)于安全柵（隔離器）來(lái)說(shuō)是非常重要的，目前很多產(chǎn)品的工位號(hào)是通過(guò)貼標(biāo)簽的方式處理的。當(dāng)標(biāo)簽貼在安全柵（隔離器）上時(shí)首先容易貼錯(cuò)位置，表與表之間的標(biāo)簽貼錯(cuò)等都有可能發(fā)生。其次貼上去的標(biāo)簽時(shí)間久了容易掉落，尤其是儀表人員檢修儀表時(shí)標(biāo)簽更容易弄丟。那么用液晶顯示工位號(hào)來(lái)代替標(biāo)簽的話將不存在標(biāo)簽錯(cuò)位、掉落、丟失等情況的發(fā)生。
安全柵帶上液晶顯示，工作人員在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行組態(tài)時(shí)無(wú)需對(duì)輸出接電流表，直接組態(tài)就可以了。帶上液晶顯示的安全柵（隔離器）就相當(dāng)于沒(méi)有液晶顯示的產(chǎn)品輸出上接了個(gè)數(shù)顯表一樣。這樣對(duì)不需要操作的顯示通道就節(jié)省了成本。
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