信号隔离器在水处理控制系统的应用

安科瑞虞佳豪
随着科学技术的深入推进与不断提高，自动化监测技术的逐渐完善是污水处理厂未来发展的一种必然趋势，充分了解污水处理厂的自动化需求、各个处理单元的监测以及污水处理厂自动化监测技术的现状，对于我国污水处理未来自动化的发展具有重要意义。
污水处理厂未来自动化的需求，无人值守污水厂是未来的趋势
自动化控制技术诞生于上世纪四五十年代，七十年代欧美建立了大量的的污水厂，发展出模型，八九十年代计算机的诞生，给予了自动化更多的发展机会。
人类进入二十一世纪，信息化的大潮扑面而来，涤荡着世界的每一个角落。物联网、大数据、人工智能等新技术层出不穷，从根本上改变着人们的生产和生活方式。污水处理行业与新时代的相遇，使“智慧水务”应运而生。这一发展趋势指向了污水处理厂未来自动化的最高境界--无人值守污水处理厂。

实现无人值守或者少人值守需要有以上这些条件。从污水处理行业整体角度来看，自动控制还处于初级阶段，单纯从技术上和财力上来说，一个小规模或中规模的污水处理厂都可以做到几乎无人值守，但是在建成投产使用之后，人员技术水平如果达不到，污水处理厂也是很难做到完全真正的无人值守。无人值守的污水处理厂的实现还有很长的路要走，衡量其必要性和使用范围是十分重要的。

在水处理监控自动化系统中，需要监测一些模拟信号，包括电量模拟信号(如电流、电压、功率等)和非电量模拟信号(如压力、水位、流量等)。电量模拟信号由变送器提供，一般可以输出隔离的4～20mA信号，不需要外加信号隔离器。非电量模拟信号传感器工作电源一般取自自动化系统设备提供DC24V电源模块，且多数不隔离。为实现各控制、监测模块相关模拟量传感器供电电源安全、稳定和相对独立，降低因某个模拟量传感器工作电源回路外部短路，造成电源模板击穿或烧毁的概率，危及相关设备自动化系统运行安全，特别是对于那些用于过程控制中需实施越限报警、动作停机和重要设备退出运行操作的模拟量传感器使用信号隔离器是有益的选择，否则有引起误动作的可能，不利于整个系统安全稳定运行，甚至造成不必要损失。

模拟量传感器接线方式类型

在水处理自动化控制系统中，一般需要现场的压力、水位、流量等非电量信号进行测量监测，常常用到压力传感器、水位传感器、流量传感器等，这些非电量传感器分为2线制、3线制、4线制，均需外部提供工作电源，为保证电源的安全性一般采用DC24V，常用的方式是采用由相关控制系统设备提供的DC24V电源。整个水处理自动化控制系统中需监测的传感器数量多，关注其重要性以及确保现场控制单元运行安全，一般提供独立的DC24V电源模块。信号隔离器作为传感器和PLC连接的桥梁，不仅提高了模拟信号测量精度、抗电磁干扰能力、电气隔离安全性能，而且能够合理解决传感器供电电源安全和相对独立的问题。

传感器的接线方式类型

二线制是两根导线供电的同时传输DC4-20mA标准信号；三线制就是电源正端用一根线，信号输出正端用一根线，电源负端和信号负端共用一根线，用于电压参考点和电流回路，其供电大多为DC24V，输出信号有DC4-20mA标准信号；四线制就是供电回路和信号回路各自独立，采用隔离电路分开，两根线负责电源的供应，另外两根线负责输出信号(如电压、电流等)。

2.1 信号隔离器在模拟量传感器接线的应用

传感器工作电源和模拟量信号输入未采用合理的隔离措施，可能造成的危害：电缆或传感器现场接头发生短路故障时，或户外安装的传感器受到雷击过电压时，将危及控制、监测系统屏上电源模块和模拟量采集模块的运行安全，可能会造成模板击穿或烧毁，严重的会影响到控制、监测系统运行。同时，对于2线制、3线制和4线制传感器，电源和信号无合理隔离，其测量精度和抗工频电磁干扰能力大大降低，其测量精度和抗干扰能力也将受到影响。近几年，国内多个大中型水处理系统已在非电量模拟量传感器电源和信号回路中，采用信号隔离器的接线方式解决和避免出现上述问题。

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BM100信号隔离器

3.1 概述

BM100系列信号隔离器在工业生产中为增加仪表负载能力并保证连接同一信号的仪表之间互不干扰，提高电气安全性能。BM100信号隔离器输入支持三种输入模式，兼容传感器的三种接线方式，将输入信号进行隔离输出，安全的输送给二次仪表或PLC/DCS使用。

BM100信号隔离器接线图

BM100系列信号隔离器外观图

3.2 技术参数

3.3应用实例

信号隔离器在水处理控制系统的应用

由于某集团水处理现场非电量传感器安装条件的限制，其模拟量输出信号需扩展才能解决1路4～2OmA模拟量信号同时传输给2套不同控制和监测系统的问题，现场的互感器接线方式属于二线制，需要给现场的传感器提供一路隔离的电源。单路DC4～20mA模拟量扩展出双路DC4～20mA的输出信号，实现了水处理控制、监测系统的相对独立。该方式隔离强度高、负载能力强、安装接线简单、运行稳定、安全可靠，同时解决了水处理现场传感器安装带来的问题。

信号隔离器应用示意图

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结束语

以上非电量模拟量传器采用信号隔离器的接线方式，在水处理自动化系统中应用，有良好的效果，目前已在某集团水处理应用，对提高水处理自动化控制和监测水平起到了良好的作用。

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