Passiv eller aktiv signalisolator?
När en temperaturgivare, signalomvandlare eller annan fältenhet ska kopplas till ett styrsystem behöver signalen nå fram på ett stabilt sätt. I många installationer används 4–20 mA-signaler mellan fältinstrument och PLC, DCS eller annan mätutrustning.
En signalisolator används för att skilja två delar av en signalväg elektriskt från varandra. Det kan minska problem med jordloopar, störningar och skillnader i jordpotential mellan fältutrustning och styrsystem. Den stora frågan är ofta om det räcker med en passiv, loopmatad isolator eller om installationen kräver en aktiv, externt matad isolator.
Vad menas med galvanisk isolering?
Galvanisk isolering betyder att signalen förs vidare utan att ingång och utgång har direkt elektrisk kontakt med varandra. Mätvärdet överförs, men kretsarna hålls separerade. Det är användbart när olika delar av anläggningen har egna matningar, långa kabeldragningar eller risk för elektriska störningar.
I en enkel installation används isolatorn främst för att föra vidare samma signal på ett säkrare sätt. I andra fall behöver signalen även anpassas, till exempel förstärkas, skalas eller omvandlas från en signaltyp till en annan.
Passiv signalisolator
En passiv signalisolator får sin driftenergi från själva strömloopen. Den behöver alltså ingen separat matning. Det gör den enkel att lägga in i en befintlig 4–20 mA-signal när syftet är att skapa galvanisk isolering.
Den passiva isolatorn överför normalt signalen 1:1. En signal på 4–20 mA in ger en motsvarande signal på 4–20 mA ut. Den förstärker inte signalen och den omvandlar inte signalen till ett annat format. Den ska därför ses som en isolerande mellanlänk, inte som en signalomvandlare.
Tänk på spänningsfallet
Eftersom en passiv isolator tar sin energi från loopen skapar den också ett spänningsfall. I datablad anges ofta ett typiskt spänningsfall på ungefär 2–3 V. Det behöver räknas in tillsammans med signalomvandlare, kablage, ingångsresistans och andra laster.
Om loopspänningen redan är låg kan en extra isolator göra att signalomvandlaren inte får tillräcklig matning. Därför bör man alltid kontrollera att det finns tillräckligt med spänning kvar i hela loopen innan en passiv isolator väljs.
Input loop-powered och output loop-powered
En input loop-powered isolator får sin energi från ingångssidan. Den används när fältsidan redan ger en aktiv 4–20 mA-signal och mottagande system är passivt. Det kan till exempel vara en PLC-ingång som inte själv matar loopen.
En output loop-powered isolator får i stället sin energi från utgångssidan. Den används när mottagarsidan, till exempel en PLC- eller DCS-ingång, tillhandahåller loopmatning. Den kan också användas när man behöver undvika konflikt mellan två aktiva sidor som annars båda försöker mata samma strömloop.
Aktiv signalisolator
En aktiv signalisolator har extern hjälpmatning. Den är därför inte beroende av energin i själva mätsignalen. Det gör att den kan användas när signalen behöver mer än bara isolering.
Aktiva isolatorer kan till exempel förstärka, filtrera, skala eller konvertera signaler. En signal kan omvandlas från 0–10 V till 4–20 mA, eller från 4–20 mA till 0–20 mA. Vissa aktiva enheter kan också användas när en 2-trådssignalomvandlare ska matas och signalen sedan ska skickas vidare till styrsystemet.
Tvåvägs och trevägs isolering
Passiva isolatorer har ofta tvåvägs galvanisk isolering mellan ingång och utgång. Det räcker i många fall där man vill skilja en fältsignal från ett styrsystem.
Aktiva isolatorer har ofta trevägs galvanisk isolering. Då är ingång, utgång och matning separerade från varandra. Det kan behövas när även matningskretsen ska hållas skild från både fältsidan och styrsystemet.
När passar en passiv isolator?
En passiv isolator passar när signalen redan har rätt nivå och rätt form. Den används främst när man vill isolera en 4–20 mA-signal utan att lägga till extra matning i installationen.
Den passar till exempel vid enkel galvanisk isolering mellan signalomvandlare och PLC, vid risk för jordloopar eller när man vill lägga in isolering i en befintlig signalväg. Begränsningen är att den inte kan förstärka, skala eller konvertera signalen.
När passar en aktiv isolator?
En aktiv isolator passar när signalen behöver bearbetas. Det kan handla om att omvandla spänning till ström, ändra mätområde, förbättra drivförmågan eller skapa en ny aktiv utsignal till mottagande system.
Den används också när installationen kräver högre flexibilitet, till exempel vid längre signalvägar, flera systemdelar eller behov av trevägs galvanisk isolering. Nackdelen är att den kräver extern matning och därför innebär något mer kabeldragning och planering.
Frågor att ställa före val av isolator
Innan man väljer passiv eller aktiv signalisolator bör man kontrollera hur signalvägen faktiskt ser ut.
- Är signalen 4–20 mA, 0–10 V eller något annat?
- Är fältsidan aktiv eller passiv?
- Matar PLC- eller DCS-ingången loopen?
- Finns det tillräcklig loopspänning för en passiv isolator?
- Ska signalen bara isoleras, eller även omvandlas?
- Behövs tvåvägs eller trevägs galvanisk isolering?
När dessa frågor är besvarade blir valet enklare. Då ser man om isolatorn bara ska skilja två kretsar från varandra, eller om den också behöver påverka signalen.
Rätt val beror på signalvägen
Skillnaden mellan passiv och aktiv signalisolator handlar främst om matning och funktion. En passiv isolator drivs av loopen och används när signalen redan är rätt men behöver galvanisk isolering. Den är enkel att använda, men ger ett spänningsfall och kan inte förstärka eller omvandla signalen.
En aktiv isolator har extern matning och kan därför göra mer med signalen. Den kan isolera, förstärka, skala, filtrera eller konvertera signaler mellan olika format. Rätt val beror på hur loopen är uppbyggd, var matningen finns och vad signalen behöver göra på vägen till styrsystemet.