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SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)系統(tǒng)中，各類傳感器信號隔離轉(zhuǎn)換專用IC選型參考

(發(fā)布日期：2009-9-1 16:00:11) 來源：

SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)系統(tǒng)中，各類傳感器信號隔離轉(zhuǎn)換專用IC選型參考
SCADA中各類傳感器信號隔離轉(zhuǎn)換專用IC選型參考：ISO系列、ISO EM系列隔離放大器


SCADA系統(tǒng)概述　　SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)的應用領(lǐng)域很廣，它可以應用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱遠動系統(tǒng)。　　SCADA系統(tǒng)是以計算機為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)。它可以對現(xiàn)場的運行設備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各項功能。　　由于各個應用領(lǐng)域?qū)CADA的要求不同，所以不同應用領(lǐng)域的SCADA系統(tǒng)發(fā)展也不完全相同。　　在電力系統(tǒng)中，SCADA系統(tǒng)應用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。它作為能量管理系統(tǒng)（EMS系統(tǒng)）的一個最主要的子系統(tǒng)，有著信息完整、提高效率、正確掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢，現(xiàn)已經(jīng)成為電力調(diào)度不可缺少的工具。它對提高電網(wǎng)運行的可靠性、安全性與經(jīng)濟效益，減輕調(diào)度員的負擔，實現(xiàn)電力調(diào)度自動化與現(xiàn)代化，提高調(diào)度的效率和水平中方面有著不可替代的作用。　　SCADA在鐵道電氣化遠動系統(tǒng)上的應用較早，在保證電氣化鐵路的安全可靠供電，提高鐵路運輸?shù)恼{(diào)度管理水平起到了很大的作用。在鐵道電氣化SCADA系統(tǒng)的發(fā)展過程中，隨著計算機的發(fā)展，不同時期有不同的產(chǎn)品，同時我國也從國外引進了大量的SCADA產(chǎn)品與設備，這些都帶動了鐵道電氣化遠動系統(tǒng)向更高的目標發(fā)展。　　SCADA系統(tǒng)發(fā)展歷程　　SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)系統(tǒng)，全名為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)自誕生之日起就與計算機技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。SCADA系統(tǒng)發(fā)展到今天已經(jīng)經(jīng)歷了三代。　　第一代是基于專用計算機和專用操作系統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)，如電力自動化研究院為華北電網(wǎng)開發(fā)的SD176系統(tǒng)以及在日本日立公司為我國鐵道電氣化遠動系統(tǒng)所設計的H-80M系統(tǒng)。這一階段是從計算機運用到SCADA系統(tǒng)時開始到70年代。　　第二代是80年代基于通用計算機的SCADA系統(tǒng)，在第二代中，廣泛采用VAX等其它計算機以及其它通用工作站，操作系統(tǒng)一般是通用的UNIX操作系統(tǒng)。在這一階段，SCADA系統(tǒng)在電網(wǎng)調(diào)度自動化中與經(jīng)濟運行分析，自動發(fā)電控制（AGC）以及網(wǎng)絡分析結(jié)合到一起構(gòu)成了EMS系統(tǒng)（能量管理系統(tǒng)）。第一代與第二代SCADA系統(tǒng)的共同特點是基于集中式計算機系統(tǒng)，并且系統(tǒng)不具有開放性，因而系統(tǒng)維護，升級以及與其它聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成很大困難。　　90年代按照開放的原則，基于分布式計算機網(wǎng)絡以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)的能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍聯(lián)網(wǎng)的EMS/SCADA系統(tǒng)稱為第三代。這一階段是我國SCADA/EMS系統(tǒng)發(fā)展最快的階段，各種最新的計算機技術(shù)都匯集進SCADA/EMS系統(tǒng)中。這一階段也是我國對電力系統(tǒng)自動化以及電網(wǎng)建設投資最大的時期，國家計劃未來三年內(nèi)投資2700億元改造城鄉(xiāng)電網(wǎng)可見國家對電力系統(tǒng)自動化以及電網(wǎng)建設的重視程度。　　第四代SCADA/EMS系統(tǒng)的基礎(chǔ)條件已經(jīng)或即將具備，預計將與21世紀初誕生。該系統(tǒng)的主要特征是采用Internet技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)以及JAVA技術(shù)等技術(shù)，繼續(xù)擴大SCADA/EMS系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的集成，綜合安全經(jīng)濟運行以及商業(yè)化運營的需要。　　SCADA系統(tǒng)在電氣化鐵道遠動系統(tǒng)的應用技術(shù)上已經(jīng)取得突破性進展，應用上也有迅猛的發(fā)展。由于電氣化鐵道與電力系統(tǒng)有著不同的特點，在SCADA系統(tǒng)的發(fā)展上與電力系統(tǒng)的道路并不完全一樣。在電氣化鐵道遠動系統(tǒng)上已經(jīng)成熟的產(chǎn)品有HY200微機遠動系統(tǒng)以及由西南交通大學開發(fā)的DWY微機遠動系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)性能可靠、功能強大，在保證電氣化鐵道供電安全，提高供電質(zhì)量上起到了重要的作用，對SCADA系統(tǒng)在鐵道電氣化上的應用功不可沒。　　SCADA系統(tǒng)發(fā)展瞻望　　SCADA系統(tǒng)在不斷完善，不斷發(fā)展，其技術(shù)進步一刻也沒有停止過。當今，隨著電力系統(tǒng)以及鐵道電氣化系統(tǒng)對SCADA系統(tǒng)需求的提高以及計算機技術(shù)的發(fā)展，為SCADA系統(tǒng)提出新的要求，概括地說，有以下幾點：　　SCADA/EMS系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的廣泛集成　　SCADA系統(tǒng)是電力系統(tǒng)自動化的實時數(shù)據(jù)源，為EMS系統(tǒng)提供大量的實時數(shù)據(jù)。同時在模擬培訓系統(tǒng)，MIS系統(tǒng)等系統(tǒng)中都需要用到電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)，而沒有這個電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)信息，所有其它系統(tǒng)都成為“無源之水”。所以在這今十年來，SCADA系統(tǒng)如何與其它非實時系統(tǒng)的連接成為SCADA研究的重要課題；現(xiàn)在在SCADA系統(tǒng)已經(jīng)成功地實現(xiàn)與DTS(調(diào)度員模擬培訓系統(tǒng))、企業(yè)MIS系統(tǒng)的連接。SCADA系統(tǒng)與電能量計量系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)、水調(diào)度自動化系統(tǒng)、調(diào)度生產(chǎn)自動化系統(tǒng)以及辦公自動化系統(tǒng)的集成成為SCADA系統(tǒng)的一個發(fā)展方向。　　變電所綜合自動化　　以RTU、微機保護裝置為核心，將變電所的控制、信號、測量、計費等回路納入計算機系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)的控制保護屏，能夠降低變電所的占地面積和設備投資，提高二次系統(tǒng)的可靠性。變電所的綜合自動化已經(jīng)成為有關(guān)方面的研究課題，我國東方電子等公司已經(jīng)推出相應的產(chǎn)品，但在鐵道電氣化上還處于研究階段。　　　專家系統(tǒng)、模糊決策、神經(jīng)網(wǎng)絡等新技術(shù)研究與應用　　利用這些新技術(shù)模擬電網(wǎng)的各種運行狀態(tài)，并開發(fā)出調(diào)度輔助軟件和管理決策軟件，由專家系統(tǒng)根據(jù)不同的實際情況推理出最優(yōu)化的運行方式或出來故障的方法，以達到合理、經(jīng)濟地進行電網(wǎng)電力調(diào)度，提高運輸效率的目的。面向?qū)ο蠹夹g(shù)、Internet技術(shù)、及JAVA技術(shù)的應用　　面向?qū)ο蠹夹g(shù)(OOT)是網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫設計、市場模型設計和電力系統(tǒng)分析軟件設計的合適工具，將面向?qū)ο蠹夹g(shù)(OOT)運用于SCADA/EMS系統(tǒng)是發(fā)展趨勢。　　隨著Internet技術(shù)的發(fā)展，瀏覽器界面已經(jīng)成為計算機桌面的基本平臺，將瀏覽器技術(shù)運用于SCADA/EMS系統(tǒng)，將瀏覽器界面作為電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的人機界面，對擴大實時系統(tǒng)的應用范圍，減少維護工作量非常有利；在新一代的SCADA/EMS系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的MMI界面將保留，主要供調(diào)度員使用，新增設的Web服務器供非實時用戶瀏覽，以后將逐漸統(tǒng)一為一種人機界面。　　JAVA語言綜合了面向?qū)ο蠹夹g(shù)和Internet技術(shù)，將編譯和解釋有機結(jié)合，嚴格實現(xiàn)了面向?qū)ο蟮乃拇筇匦裕悍庋b性、多態(tài)性、繼承性、動態(tài)聯(lián)編，并在多線程支持和安全性上優(yōu)于C++，以及其它諸多特性，JAVA技術(shù)將導致EMS/SCADA系統(tǒng)的一場革命。數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)中，各類型傳感器信號隔離、放大、轉(zhuǎn)換IC選型參考　　SCADA系統(tǒng)要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各項功能，就要把現(xiàn)場的壓力、溫度、濕度、流量、速度、液位、位移等傳感器感應的信號進行采集、隔離轉(zhuǎn)換處理。而不同的傳感器由于工作方式、配電、輸出信號類型等方面的差異，對隔離放大器產(chǎn)品的功能選擇和匹配上也不相同。現(xiàn)場各種類型傳感器信號隔離放大、變換應用舉例： 1、傳感器兩線制4-20mA輸出信號的隔離和調(diào)理 1.1 兩線制4-20mA 電流環(huán)路隔離器　　型號：ISO 4-20mA 　　說明: ISO 4-20mA電流環(huán)隔離器是單片兩線制隔離接口芯片，該IC內(nèi)部包含有電流信號調(diào)制解調(diào)電路、信號耦合隔離變換電路等。很小的輸入等效電阻，使該IC的輸入電壓達到超寬范圍（7.5—32V），以滿足用戶無需外接電源而實現(xiàn)信號遠距離、無失真?zhèn)鬏數(shù)男枰?nèi)部的陶瓷基板、印刷電阻工藝及新技術(shù)隔離措施使器件能達到3KVAC絕緣電壓和工業(yè)級寬溫度、潮濕、震動的現(xiàn)場惡劣環(huán)境要求。ISO 4-20mA系列產(chǎn)品使用非常方便無需外接任何元件即可實現(xiàn)4-20mA電流環(huán)隔離功能。詳細技術(shù)資料：http://www.sun-yuan.com/download/200811318564877700.pdf 1.2 兩線制4-20mA 隔離配電器　　型號：ISO 4-20mA-F 　　說明: ISO 4-20mA-F是一種兩線制4-20mA 信號環(huán)路式隔離配電器，具有節(jié)能、安全防爆功能。該IC為兩線制傳感器配電16V~21.5V，方便了一些兩線制傳感器的信號測量、遠傳、隔離等功能。該IC輸出是針對24VDC和取樣電阻（負載電阻）相串聯(lián)的二線制供電回路（現(xiàn)場防爆功能）來設計的，同當前流行的模擬量輸入接口板（上位機）、PLC、DCS或其他儀表的模擬量輸入端口相匹配，ISO 4-20mA-F產(chǎn)品在使用時，其輸入端外接傳感器上的電源和信號是由4-20mA配電器模塊從輸出端耦合過來的，這個電信號可以用PLC、DCS、工控機來控制，當需要采集數(shù)據(jù)時就給傳感器加電，不需要時可以關(guān)斷電源和信號，從而實現(xiàn)節(jié)能、防爆的功能，同時可實現(xiàn)現(xiàn)場多點數(shù)據(jù)采集和控制，也可以延長傳感器的使用壽命。ISO 4-20mA-F使用非常方便，無需外接任何器件，即可實現(xiàn)4-20mA信號的隔離、傳輸和變送功能。詳細技術(shù)資料：http://www.sun-yuan.com/download/20081132014432704.pdf 1.3 兩線制4-20mA 隔離調(diào)理器　　型號：ISO 4-20mA-P 　　說明: ISO 4-20mA-P是一種兩線制4-20mA 信號隔離調(diào)理器，可以將傳感器的有源信號轉(zhuǎn)換成無源信號直接送到PLC、DCS上采集。該IC輸出是針對24VDC和取樣電阻（負載電阻）相串聯(lián)的二線制供電（現(xiàn)場防爆）回路來設計的，同當前流行的模擬量輸入接口板（上位機）、PLC、DCS或其他儀表的模擬量輸入端口相匹配。 ISO 4-20mA-P產(chǎn)品使用非常方便，只需外接一個50KΩ的多圈電位器進行ADJ校正，即可實現(xiàn)有源信號轉(zhuǎn)換成無源信號隔離、傳輸和變送功能或信號的一進二出、二進二出等變換功能。詳細技術(shù)資料：http://www.sun-yuan.com/download/20081132041911658.pdf 1.4 兩線制4-20mA　隔離變送器　　型號：ISO 1003 　　說明: ISO 1003是專為兩線制熱電阻傳感器設計的信號隔離變送器。該芯片內(nèi)部包含有一個電流信號調(diào)制電路，光電耦合隔離變換電路及解調(diào)電路。該芯片具有4-20mA的供電電壓范圍寬（16.5V-36V），輸入等效電阻小，線性度高等特點，可提供5V/3.5mA的隔離電壓輸出、2.5V基準電源，輸入信號的電壓為0-0.8V，相對應輸入側(cè)信號路中電流的變化。輸入及輸出側(cè)寬爬電距離及內(nèi)部特殊絕緣的隔離措施使該芯片可達到3000VDC絕緣電壓。詳細技術(shù)資料：http://www.sun-yuan.com/download/20081132115643697.pdf 2、傳感器信號的高精度模擬量數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、通信及A/D轉(zhuǎn)換（4-20mA轉(zhuǎn)RS232/485）　型號：ISO 4011 　說明: ISO 40xx系列產(chǎn)品實現(xiàn)傳感器和主機之間的信號采集，用以檢測模擬信號或控制遠程設備（SCADA）。通過軟件的配置，可用于多種傳感器類型，包括模擬信號輸入/輸出和數(shù)字信號輸入/輸出（I/O）。ISO 40xx系列產(chǎn)品可應用在 RS-232/485總線工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，溫度信號測量、監(jiān)視和控制，小信號的測量以及工業(yè)現(xiàn)場信號隔離及長線傳輸?shù)鹊取．a(chǎn)品包括電源隔離、信號隔離及線性化，A/D轉(zhuǎn)換和RS-485串行通信。每個串口最多可接256只 ISO 40xx系列模塊，通訊方式采用ASCII碼、MODBUS通訊協(xié)議，其指令集兼容于ADAM模塊，波特率可由代碼設置，能與其他廠家的控制模塊掛在同一RS-485總線上，便于計算機編程。　 ISO 40xx系列產(chǎn)品是基于單片機的智能監(jiān)測和控制系統(tǒng)，所有的用戶設定的校準值，報警上下限，地址，輸入范圍，波特率，數(shù)據(jù)格式，校驗和狀態(tài)等配置信息都儲存在非易失性存儲器EEPROM里。ISO 40xx系列產(chǎn)品可以測量各種傳感器信號，包括熱電阻，熱電偶，應變片等，具體選型請參看不同型號產(chǎn)品所支持的類型編碼。ISO 40xx系列產(chǎn)品按工業(yè)標準設計、制造，信號輸入 / 輸出 / 輔助電源之間3KV三隔離，抗干擾能力強，可靠性高。工作溫度范圍- 45℃～+85℃。詳細技術(shù)資料：http://www.sun-yuan.com/download/200862718283054112.pdf 3、對于傳感器失真正弦波及方波、鋸齒波、梯形波、階梯波等非正弦波信號的準確測量。　型號：ISO – RMS - P- O 　說明: ISO RMS系列真有效值（RMS）信號隔離放大器，主要用于失真正弦波信號，以及方波、矩形波、三角波、鋸齒波、梯形波、階梯波等非正弦波信號的精確測量。普通直流電壓表只能測量直流電壓信號，而測量交流信號必須增加AC/DC轉(zhuǎn)換電路。這種電路是按照標準的正弦波平均值與有效值的關(guān)系(VRMS=1.111Vp)來定義的，因此這類儀表只能測量標準無失真的正弦波電壓值。對于正弦波失真的交流電壓信號，這類儀表測量就會出現(xiàn)誤差，而使用這類儀表測量方波、矩形波、三角波、鋸齒波、梯形波、階梯波等非正弦波信號的偏差更大，檢測結(jié)果與信號的實際值不相符。運用真有效值數(shù)字儀表可準確測量各種波形的有效值，滿足現(xiàn)代電子測量控制的需要。　　　真有效值儀表的的核心器件是TRMS信號隔離放大器模塊。TRMS模塊是以單片TRMS／DC轉(zhuǎn)換器為核心并采用了全新的D-S計算技術(shù)，配置高精度信號隔離放大器構(gòu)成的。ISO系列真有效值隔離放大器產(chǎn)品具有集成度高、功能完善、外圍元件少、電路連接簡單、電性能指標容易保證等諸多優(yōu)點，使用這種模塊能準確、實時測量各種信號波形的有效值，無須考慮波形參數(shù)和失真。詳細技術(shù)資料： http://www.sun-yuan.com/download/2008111012434760203.pdf

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