关键词：   隔离器 安全栅 并联供电 液晶显示 工位号 工控 系统 PLC

摘要：

宇通仪表自1989年开始就致力于电磁隔离技术、防爆安全栅的研究。创新型的道路完美的迎合了工业现场环境的变化。新一代隔离器、安全栅能够全方位的解决工业现场的隔离、抗干扰，为工业控制的安全性、可靠性奠定了良好的基础。

  新一代安全栅（隔离器）应用了全新的电路设计、完美的外观设计、可靠的工艺技术。自适应负载的出炉让安全栅（隔离器）与现场仪表以及DCS、PLC有着很好的链接。用户不需要再为安全栅（隔离器）带不起负载而头痛。液晶显示的推出完全简化了仪表维护人员的工作，输入、输出信号具体值可以很直观的读出，故障也可以迅速的排查。工位号的设定显示完全解决了标签贴错或者贴不牢固的局面。新型并联式的供电方式明显减少了接触电阻，降低了电源线的发热量做到了节能的要求。电源采用音频线为广大用户带来了方便，简化了走线槽的线路。

  功能和稳定性是新一代安全栅的两大特点，这两者缺一不可。在最恶劣的环境中依然隔离正常，性能稳定。

<!--[if !supportLists]-->一、              <!--[endif]-->全新的电路设计

随着工业控制系统精准性的提高，旧的电路设计已不能满足信号转换精度的要求，多信号输入的的通用类型仪表将是市场的主流产品。环保、节能口号的提出，工业仪表业必须考虑低功耗的应用。那么新一代隔离器、安全栅在处理低功耗时应用了自适应负载技术。全新的专利技术使安全栅(隔离器)的功耗大大降低，同时负载变化也完全不会影响功耗的变化，产品一直处于低功耗。

1、高精度、低温漂、高稳定性

新电路的应用让安全栅（隔离器）的精度一直在不断提高，由以前的0.5%一直到现在的0.02%。这样的精度就要求元器件的精度必须提高，电阻的精度由以前的1%提升到现在的0.01%。元器件在采购时完全使用原装进口的元器件。这从源头上解决了精度问题。

低温漂器件的选用以及新电路原理的应用，使安全栅（隔离器）的整体温度漂移处于20PPM。这样的温度漂移系数在工业仪器仪表中还是很高的指标。新电路使用基点参考的方式，在温度变化之前有个参考点，温度变化之后也有个参考点。然后应用这两个参考点之间的差异就可以得出一个温度漂移系数。然后用安全栅（隔离器）的输出变化范围去验证这个温度漂移系数是否正确。

要解决高稳定性就必须使用特殊方式，在安全栅电路系统上应用了闭环控制信号变化的方法来保证高稳定性的实现。，当外界环境变化了，电路系统自身会进行一定的控制调整，确保安全栅整个电路系统相对于输入信号来说处于一个相当稳定的状态，这个外界环境变化包括温度、时间、空间等方面的变化。

2、通用型输入信号入口处理

现代工业朝着多元化方向发展，工业的控制系统也日趋发杂，控制信号的种类也越来越多。就信号大类就如以下：热电阻、热电偶、配电、电流、划线电阻等。每个大类里面还有很多的小类，做这么多类信号的识别、处理是何等的困难。

面对工业仪表的发展趋势，通用型安全栅（隔离器）将会主宰市场。如何将输入信号单一的安全栅（隔离器）发展成为多信号输入的安全栅这是许多研发生产厂家面临的最大困难。宇通仪表在这方面的研发实力还是很强大的，克服了重重难关。信号类型的复杂多变，必然会给精度、信号处理带来巨大的难关。精通MOS开关的应用，会将这些难关一一克服。MOS开关控制信号切换在灵活性上优于电桥的切换方式。

3、低功耗、自适应负载

自适应负载是指在安全栅（隔离器）正常工作时，功耗保持在一个很低的状态，输出能带动的负载是可以在0—750欧姆变化的。这一新的技术专利完全打破了固定负载的产品设计理念。

固定负载产品当输出负载发生变化时，功耗是不能保持在一个低状态的，负载变化的差值将使功耗消耗在安全栅（隔离器）本身。那么就会造成安全栅（隔离器）自身发热。当负载是0—750欧姆时，输出的驱动功率一般设计指标为0.5W。当实际使用时负载在50欧姆时那么功率就是0.02W。这样功率上就存在0.5W-0.02W=0.48W的差值，这0.48W的差值就是消耗在安全栅（隔离器）自身。并且这只是一台产品，要是控制柜中密集安装，那么这个发热量就是一个很大的值。

使用自适应负载的产品时，负载虽然变化了，功率却可以稳定在一个低功耗的状态，这个低功耗的产生是由于压降变化了，当压降降低，负载虽然是增加，但是压降U和负载R是<!--[if !msEquation]--> <!--[if !vml]--><!--[endif]--><!--[endif]-->的关系，这样压降的降低就几乎可以抵消负载的降低，这两个总体的作用效果就是让安全栅（隔离器）随着压降的变化保持在低功耗的状态。这样的电路就是调压电路，用压降和功耗的变化去保证低功耗的状态。

下表是对比的测试数据:

测试条件：电源24DC；负载变化 50欧姆～750欧姆

 输出模块类型              标准输出模块        自适应负载输出模块

模块的耗散功率（50Ω）        320mW               10mW

模块的耗散功率（250Ω）      220mW               10mW

模块的耗散功率（500Ω）      120mW               10mW

模块的耗散功率（750Ω）       20mW                10mW

自适应负载安全栅在使用时就不需要精确的知道具体负载，比如西门子不同型号的负载不一样时，运用自适应负载的安全栅就可以很好的与西门子的PLC进行配合使用，并且安全栅没有发热量，一直处于低功耗状态。

<!--[if !supportLists]-->二、              <!--[endif]-->完美的外观设计

安全栅（隔离器）作为产品不但要在性能上向前发展，外观设计上也必须创新，这样才能保证整个产品的向前发展。外观和性能的完美结合才是产品价值的真正体现。新一代安全栅（隔离器）在这方面突出体现在并联母线的应用、插拔式结构、结构的应用模具也有了相应的提升。

1、并联母线的应用

并联母线背板供电方式是指5线双面并联方式组成供电电源线、地线和正极，在导轨上形成没有连接点的一体化母线。其中单根母线累计覆铜宽度＞3mm╳4=12mm，线阻0.041Ω/m。（铜箔厚度0.035mm,截面积12╳0.035=0.42mm2，导电率0.0172, 长度1m ，线阻R=0.0172╳1/0.42=0.041Ω/m）

1.2m长的母线背板导轨，双线电阻按0.1Ω计。100台表在母线上的平均电流50mA╳100=5A，母线的压降（0.1Ω╳5A=）0.5V。

底座与母线并联连接，单个接触电阻按0.3Ω计，单表工作电流50mA，母线与底座的压降（0.3Ω╳50mA=）15mV,可忽略。若因接触不良导致接触电阻增大20倍，母线与底座压降6Ω╳50mA = 0.3V ,可忽略。

注：不建议在XSA(XS)上使用双线串联连接电源端子,或者使用串联拼接型路桥供电方法；设每个连接点接触电阻5╳2=10 mΩ，100个连接点阻值为1Ω，通过5A电流压降为5V，功率25W；由于导轨前段连接点电流大，后段连接点电流小，热量集中在前段，散热不匀，使局部产生高热甚至电源开路。必须采用上述方式供电时，电源线应进行分组，每对电源线负载不要超过15台。

电源线没有剪断，直接压接在电源端子里面，电源线就成为一根母线，除了线本身的电阻外，电源线与电源线之间不再存在接触电阻，每台表就会减少0.25W功率消耗。

例如：母线采用1mm直径纯铜线，2m长度，线阻为（0.0172╳2/（3.14╳0.52） =）0.043Ω，5A电流在2m母线的压降小于0.25V，功耗为1.25W，可忽略。

母线跟电源端子之间仍存在接触电阻，但每个接触电阻只通过一台表的电流，平均50mA， 压降为50mA*5mΩ=0.25mV，功率为0.00025*50mA=0.0125mW。可不计。

如果不使用母线方法供电，特别是在单个仪表盘内配置较多安全栅（隔离器）时，应该采用电源线分组方法来对安全栅（隔离器）供电，每组线连接安全栅（隔离器）不超过15台。应使用多芯线焊接以后再与电源端子压接。这种方法是常用的，可以有效降低电源端子上的温升。但同时也会使盘内的布线增多和散乱。 比如100台表就需要增加10多根电源线和地线。 特别是系统对地参考点也变得混乱不可控了。

由以上可见并联母线的应用解决了，控制柜线槽走线杂乱、接触电阻大的局面。不但节省电能同时也节省了电源线缆的使用。

2、插拔式的结构

XSA(XS)采用了插拔式的结构外型，这在工业仪表中式少见的，但是这种创新的结构非常适合现代工业控制柜中仪表的密集安装。

插拔式结构是指输入、输出、电源端子集成一体称为底座和信号隔离和信号转换等部分称为表芯。这两者是可分离的。对于新一代安全栅（隔离器）来说这个插拔式结构不但可以插拔还可以实现仪表底座的互换。这样对于通用型产品，可以进行预接线，先将安全栅（隔离器）的电源、输入、输出走线完全接好，然后通过组态软件对产品进行组态，将不同作用的安全栅插到对应得位置。同时插拔式结构的使用让仪表人员能够方便快捷的对控制柜进行检修。检修时只需要将旧的仪表拔下，把新的仪表芯插上即可。

三、液晶显示、工位号

工业控制系统中显示仪表还是比较多的，大多数压力变送器、流量仪表等都是带显示的。显示仪表自身有着独特的优势，所谓显示就是操作人员可以很方便的从仪表显示头上读取数据。和以往不带显示的仪表相比有着不可替代的作用。没有显示的仪表要知道数据就需要通过其他测量仪表来读取数据，即使一些仪表有表盘但是没有显示数据，数据是通过

液晶显示在安全栅上的应用是很少见的，将安全栅的输入、输出信号显示出来完全简化了仪表操作人员的工作内容。当进行仪表检修时，只需要用眼睛去看下安全栅的输入、输出数据。数据不正常的就是那个工位的现场仪表或者关联仪表有问题。

液晶显示对于输入信号可以显示输入的温度、电流、电压、频率以及配电的百分比等。对于输出可以显示电流、电压、频率等。

工位号对于安全栅（隔离器）来说是非常重要的，目前很多产品的工位号是通过贴标签的方式处理的。当标签贴在安全栅（隔离器）上时首先容易贴错位置，表与表之间的标签贴错等都有可能发生。其次贴上去的标签时间久了容易掉落，尤其是仪表人员检修仪表时标签更容易弄丢。那么用液晶显示工位号来代替标签的话将不存在标签错位、掉落、丢失等情况的发生。

安全栅带上液晶显示，工作人员在对产品进行组态时无需对输出接电流表，直接组态就可以了。带上液晶显示的安全栅（隔离器）就相当于没有液晶显示的产品输出上接了个数显表一样。这样对不需要操作的显示通道就节省了成本。