浅析工业控制系统中重要的组成部分信号调理模块的原理与应用

信号调理模块或称隔离变送器，是采用光电、磁电等隔离技术，实现输入输出信号相互隔离转换的装置。因其抗干扰能力强，传输精度高，广泛应用于仪器仪表、油田、石化加工、装备制造等领域，是工业控制系统中重要的组成部分。

1.什么是信号调理模块？

信号调理模块本质上就是隔离放大器，其主要作用就是用于信号的放大和前端电路的保护，由于它本身的隔离电压很高，极大的提升了测量设备在恶劣条件下使用不被击穿的性能。在工业自动化领域主要是对电压电流、AC交流、4-20mA、0-5V、mV毫伏、PWM脉冲、Hz频率、Pt100热电阻、正弦波、方波、电位器、转速等各种信号进行变送、转换、隔离、放大、远传的集成电路，可与各种工业传感器配合使用，满足用户本地监视远程数据采集的需求，同时提高系统的适应度和环境可靠性，对工业生产具有不可小觑地作用。

图 1 信号调理模块

2.信号调理模块的三隔离概念

信号调理的三隔离指的是：信号的输入和输出之间隔离;电源的输入和输出之间隔离;信号通道和电源通道之间隔离。如图 2所示。

图 2 信号调理的三隔离概念

三隔离对产品而言，电源和信号传输之间有高阻断开，降低相互影响，信号的隔离让地环路、前后级的相互影响也尽量阻隔。

3.信号调理的隔离传输应用

如图 3所示，MCU处理数字温度、湿度传感器的信号，处理完毕后，通过信号调理模块隔离，再传送出去，以便跟现场的电流输入，或电压输入型电力仪表相连，同时具备隔离的功能，防止传感器前端的干扰信号串入现场的电力仪表、PLC，DCS等。

图 3 信号调理的隔离传输应用

一般，MCU处理后的温度、湿度信号，会通过DA转为电压模拟量，而现场的仪表、DCS等，可能需要电流输入信号，或电压输入信号，对此，可选用对应的信号调理模块实现不同的输出接口。推荐型号如下：

4.传感器前端的应用

有些电力系统的温湿度采集应用中，采用模拟量输出的温/湿度传感器，MCU离传感器比较远，温度、湿度传感器的信号传到MCU处时，因传感器的信号较小，且线路较长，引入了额外的干扰，有用的信号可能被干扰信号淹没。

此时，如图 4所示，在传感器和MCU之间，使用电流输出型的ZCM模块，将传感器的电压信号隔离转换成电流信号，送给MCU处理，在对信号进行放大隔离的同时，还可大大增强信号的传送距离，降低信号的失真。