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關鍵詞： 隔離器 安全柵 并聯供電 液晶顯示 工位號 工控 系統 PLC
摘要：
宇通儀表自1989年開始就致力于電磁隔離技術、防爆安全柵的研究。創新型的道路完美的迎合了工業現場環境的變化。新一代隔離器、安全柵能夠全方位的解決工業現場的隔離、抗干擾，為工業控制的安全性、可靠性奠定了良好的基礎。
新一代安全柵（隔離器）應用了全新的電路設計、完美的外觀設計、可靠的工藝技術。自適應負載的出爐讓安全柵（隔離器）與現場儀表以及DCS、PLC有著很好的鏈接。用戶不需要再為安全柵（隔離器）帶不起負載而頭痛。液晶顯示的推出完全簡化了儀表維護人員的工作，輸入、輸出信號具體值可以很直觀的讀出，故障也可以迅速的排查。工位號的設定顯示完全解決了標簽貼錯或者貼不牢固的局面。新型并聯式的供電方式明顯減少了接觸電阻，降低了電源線的發熱量做到了節能的要求。電源采用音頻線為廣大用戶帶來了方便，簡化了走線槽的線路。
功能和穩定性是新一代安全柵的兩大特點，這兩者缺一不可。在最惡劣的環境中依然隔離正常，性能穩定。
<!--[if !supportLists]-->一、 <!--[endif]-->全新的電路設計
隨著工業控制系統精準性的提高，舊的電路設計已不能滿足信號轉換精度的要求，多信號輸入的的通用類型儀表將是市場的主流產品。環保、節能口號的提出，工業儀表業必須考慮低功耗的應用。那么新一代隔離器、安全柵在處理低功耗時應用了自適應負載技術。全新的專利技術使安全柵(隔離器)的功耗大大降低，同時負載變化也完全不會影響功耗的變化，產品一直處于低功耗。
1、高精度、低溫漂、高穩定性
新電路的應用讓安全柵（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%提升到現在的0.01%。元器件在采購時完全使用原裝進口的元器件。這從源頭上解決了精度問題。
低溫漂器件的選用以及新電路原理的應用，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在工業儀器儀表中還是很高的指標。新電路使用基點參考的方式，在溫度變化之前有個參考點，溫度變化之后也有個參考點。然后應用這兩個參考點之間的差異就可以得出一個溫度漂移系數。然后用安全柵（隔離器）的輸出變化范圍去驗證這個溫度漂移系數是否正確。
要解決高穩定性就必須使用特殊方式，在安全柵電路系統上應用了閉環控制信號變化的方法來保證高穩定性的實現。，當外界環境變化了，電路系統自身會進行一定的控制調整，確保安全柵整個電路系統相對于輸入信號來說處于一個相當穩定的狀態，這個外界環境變化包括溫度、時間、空間等方面的變化。
2、通用型輸入信號入口處理
現代工業朝著多元化方向發展，工業的控制系統也日趨發雜，控制信號的種類也越來越多。就信號大類就如以下：熱電阻、熱電偶、配電、電流、劃線電阻等。每個大類里面還有很多的小類，做這么多類信號的識別、處理是何等的困難。
面對工業儀表的發展趨勢，通用型安全柵（隔離器）將會主宰市場。如何將輸入信號單一的安全柵（隔離器）發展成為多信號輸入的安全柵這是許多研發生產廠家面臨的最大困難。宇通儀表在這方面的研發實力還是很強大的，克服了重重難關。信號類型的復雜多變，必然會給精度、信號處理帶來巨大的難關。精通MOS開關的應用，會將這些難關一一克服。MOS開關控制信號切換在靈活性上優于電橋的切換方式。
3、低功耗、自適應負載
自適應負載是指在安全柵（隔離器）正常工作時，功耗保持在一個很低的狀態，輸出能帶動的負載是可以在0—750歐姆變化的。這一新的技術專利完全打破了固定負載的產品設計理念。
固定負載產品當輸出負載發生變化時，功耗是不能保持在一個低狀態的，負載變化的差值將使功耗消耗在安全柵（隔離器）本身。那么就會造成安全柵（隔離器）自身發熱。當負載是0—750歐姆時，輸出的驅動功率一般設計指標為0.5W。當實際使用時負載在50歐姆時那么功率就是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。并且這只是一臺產品，要是控制柜中密集安裝，那么這個發熱量就是一個很大的值。
使用自適應負載的產品時，負載雖然變化了，功率卻可以穩定在一個低功耗的狀態，這個低功耗的產生是由于壓降變化了，當壓降降低，負載雖然是增加，但是壓降U和負載R是<!--[if !msEquation]--> <!--[if !vml]--> <!--[endif]--><!--[endif]-->的關系，這樣壓降的降低就幾乎可以抵消負載的降低，這兩個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。這樣的電路就是調壓電路，用壓降和功耗的變化去保證低功耗的狀態。
下表是對比的測試數據:
測試條件：電源24DC；負載變化 50歐姆～750歐姆
輸出模塊類型 標準輸出模塊 自適應負載輸出模塊
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
自適應負載安全柵在使用時就不需要精確的知道具體負載，比如西門子不同型號的負載不一樣時，運用自適應負載的安全柵就可以很好的與西門子的PLC進行配合使用，并且安全柵沒有發熱量，一直處于低功耗狀態。
<!--[if !supportLists]-->二、 <!--[endif]-->完美的外觀設計
安全柵（隔離器）作為產品不但要在性能上向前發展，外觀設計上也必須創新，這樣才能保證整個產品的向前發展。外觀和性能的完美結合才是產品價值的真正體現。新一代安全柵（隔離器）在這方面突出體現在并聯母線的應用、插拔式結構、結構的應用模具也有了相應的提升。
1、并聯母線的應用
并聯母線背板供電方式是指5線雙面并聯方式組成供電電源線、地線和正極，在導軌上形成沒有連接點的一體化母線。其中單根母線累計覆銅寬度＞3mm╳4=12mm，線阻0.041Ω/m。（銅箔厚度0.035mm,截面積12╳0.035=0.42mm2，導電率0.0172, 長度1m ，線阻R=0.0172╳1/0.42=0.041Ω/m）
1.2m長的母線背板導軌，雙線電阻按0.1Ω計。100臺表在母線上的平均電流50mA╳100=5A，母線的壓降（0.1Ω╳5A=）0.5V。
底座與母線并聯連接，單個接觸電阻按0.3Ω計，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)上使用雙線串聯連接電源端子,或者使用串聯拼接型路橋供電方法；設每個連接點接觸電阻5╳2=10 mΩ，100個連接點阻值為1Ω，通過5A電流壓降為5V，功率25W；由于導軌前段連接點電流大，后段連接點電流小，熱量集中在前段，散熱不勻，使局部產生高熱甚至電源開路。必須采用上述方式供電時，電源線應進行分組，每對電源線負載不要超過15臺。
電源線沒有剪斷，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，每臺表就會減少0.25W功率消耗。
例如：母線采用1mm直徑純銅線，2m長度，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，但每個接觸電阻只通過一臺表的電流，平均50mA， 壓降為50mA*5mΩ=0.25mV，功率為0.00025*50mA=0.0125mW�？刹挥�。
如果不使用母線方法供電，特別是在單個儀表盤內配置較多安全柵（隔離器）時，應該采用電源線分組方法來對安全柵（隔離器）供電，每組線連接安全柵（隔離器）不超過15臺。應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。但同時也會使盤內的布線增多和散亂。 比如100臺表就需要增加10多根電源線和地線。 特別是系統對地參考點也變得混亂不可控了。
由以上可見并聯母線的應用解決了，控制柜線槽走線雜亂、接觸電阻大的局面。不但節省電能同時也節省了電源線纜的使用。
2、插拔式的結構
XSA(XS)采用了插拔式的結構外型，這在工業儀表中式少見的，但是這種創新的結構非常適合現代工業控制柜中儀表的密集安裝。
插拔式結構是指輸入、輸出、電源端子集成一體稱為底座和信號隔離和信號轉換等部分稱為表芯。這兩者是可分離的。對于新一代安全柵（隔離器）來說這個插拔式結構不但可以插拔還可以實現儀表底座的互換。這樣對于通用型產品，可以進行預接線，先將安全柵（隔離器）的電源、輸入、輸出走線完全接好，然后通過組態軟件對產品進行組態，將不同作用的安全柵插到對應得位置。同時插拔式結構的使用讓儀表人員能夠方便快捷的對控制柜進行檢修。檢修時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
工業控制系統中顯示儀表還是比較多的，大多數壓力變送器、流量儀表等都是帶顯示的。顯示儀表自身有著獨特的優勢，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據。和以往不帶顯示的儀表相比有著不可替代的作用。沒有顯示的儀表要知道數據就需要通過其他測量儀表來讀取數據，即使一些儀表有表盤但是沒有顯示數據，數據是通過
液晶顯示在安全柵上的應用是很少見的，將安全柵的輸入、輸出信號顯示出來完全簡化了儀表操作人員的工作內容。當進行儀表檢修時，只需要用眼睛去看下安全柵的輸入、輸出數據。數據不正常的就是那個工位的現場儀表或者關聯儀表有問題。
液晶顯示對于輸入信號可以顯示輸入的溫度、電流、電壓、頻率以及配電的百分比等。對于輸出可以顯示電流、電壓、頻率等。
工位號對于安全柵（隔離器）來說是非常重要的，目前很多產品的工位號是通過貼標簽的方式處理的。當標簽貼在安全柵（隔離器）上時首先容易貼錯位置，表與表之間的標簽貼錯等都有可能發生。其次貼上去的標簽時間久了容易掉落，尤其是儀表人員檢修儀表時標簽更容易弄丟。那么用液晶顯示工位號來代替標簽的話將不存在標簽錯位、掉落、丟失等情況的發生。
安全柵帶上液晶顯示，工作人員在對產品進行組態時無需對輸出接電流表，直接組態就可以了。帶上液晶顯示的安全柵（隔離器）就相當于沒有液晶顯示的產品輸出上接了個數顯表一樣。這樣對不需要操作的顯示通道就節省了成本。
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