经典案例可以说明信号隔离的重要性:某大型公司的生产线调试中。控制系统的信号输入板有八个通道,八个通道共用一个A/D转换器,经过变换后,由光电耦合元件实现与主机电路的隔离。但它的八个通道输入之间并没有隔离,八个通道输入信号每个单独接入控制系统均正常,接入多于两个外部信号时,控制系统显示数字乱跳,故障无法排除。
又如某锅炉控制系统检测锅炉各点温度,使用K分度热电偶作为传感器,同上述相似,仅检测一点均正常,但是向控制系统接入两点以上热电偶时,控制系统显示的温度明显错误。
原因如下:两个现场仪表(A,B)向控制系统传送信号以及控制系统向两台现场仪表发出信号。假定传送的均为1~5VDC信号。理想情况,控制系统及两个现场仪表“地”电位完全相等,传送过程中又没有其他干扰,从控制系统输入来看,接收的信号正确。但实际上现场仪表不可能做到地电位完全相等,通常存在“地”电位差,若A仪表“地”与控制系统"地"同电位,B仪表比它们的“地”电位高0.1V,A仪表传送给控制系统的信号为1~5VDC,而B仪表传送给控制系统的信号则为1.1~5.1VDC,这样控制系统的误差就产生了。同时A、B仪表的“地”线在控制系统处汇合联接。将0.1V电压加在控制系统的地线上,有可能损坏控制系统的局部器件,同时在控制系统上显示错误数据。由此引起了上述现场调试中出现的问题,这两种情况在接入隔离器后均完全正常。
隔离器之所以能起到这个作用,就是它具有使输入/输出/电源在电气上完全隔离的功能,即在输入/输出/电源之间没有公共的“地”。输入信号无论是否受到接“地”的干扰,经隔离处理后的输出信号“地”与现场仪表“地”完全隔离没关系。正是由于这个原因,实现了输入到控制系统输入板的多个现场仪表信号之间隔离,消除了这些信号之间“地”的联系。
由于隔离器的工作电源是为隔离器的输入、输出两部份同时供电,要保证隔离器输入/输出信号隔离,也必须确保隔离器的工作电源在电气上与这两个部分完全隔离。这种输入/输出/电源之间相互隔离的隔离器常称为三隔离或全隔离隔离器。 这种供电方式,在供电电源功率许可的情况下无论隔离器数量多少,均可使用一台电源供电,不会产生相互干扰。若隔离器的工作电源没有与隔离器的输入/输出部分隔离,严格地说隔离器的输入/输出信号也没有被隔离,因为隔离器的输入/输出信号“地”可以通过工作电源连接到一起。
以上叙述了信号输入的隔离情况,同样在控制系统向现场仪表传输信号时也存在类似的问题。采用三隔离隔离器就可以解决这样的问题。