Γιατί τα βιομηχανικά συστήματα χρειάζονται οπτική απομόνωση; Από βρόχους γείωσης και EMI έως συνδέσεις οπτικών ινών

Όταν οι μηχανικοί σκέφτονται τις οπτικές ίνες, τα πρώτα οφέλη που έρχονται συχνά στο μυαλό τους είναι το μεγαλύτερο εύρος ζώνης και η μεγαλύτερη απόσταση μετάδοσης.ούτε μπορεί να είναι ο κύριος λόγος για τη χρήση ινών.

Ένα σήμα ελέγχου μπορεί να χρειαστεί να ταξιδέψει μόνο λίγα μέτρα μέσα σε ένα μηχάνημα, μεταξύ δύο ντουλάπιων ή από έναν ελεγκτή σε ένα στάδιο μετατροπής ισχύος.Ωστόσο, μια οπτική σύνδεση μπορεί να προσφέρει ένα σημαντικό πλεονέκτημα σε επίπεδο συστήματος: οι πληροφορίες μπορούν να διασχίσουν ηλεκτρικούς τομείς χωρίς να απαιτείται από το ίδιο το μέσο επικοινωνίας να δημιουργήσει μια αγωγική ηλεκτρική διαδρομή μεταξύ τους.

Η διάκριση αυτή είναι σημαντική σε περιβάλλοντα που περιέχουν κινητήρες μεταβλητής συχνότητας, συστήματα servo, μετατροπείς ισχύος, επαγωγούς, μεγάλους κινητήρες, εξοπλισμό αποθήκευσης ενέργειας,και υψηλής τάσης IGBT ή SiC σταδίων ισχύοςΔιαφορετικά δυναμικά εδάφους, διαταραχές κοινών συνθηκών, μεταβατικές διακυμάνσεις και ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές μπορούν να καταστήσουν πιο δύσκολη τη διαχείριση των συνδέσεων επικοινωνίας που συνδέονται ηλεκτρικά.

Η κατανόηση της βιομηχανικής οπτικής απομόνωσης ξεκινά, επομένως, από ένα θεμελιώδες μηχανικό πρόβλημα:δύο εξαρτήματα εξοπλισμού μπορεί να χρειαστεί να ανταλλάσσουν πληροφορίες, ακόμη και αν δεν λειτουργούν στο ίδιο ηλεκτρικό περιβάλλον.

Τι είναι η οπτική μόνωση σε ένα βιομηχανικό σύστημα;

Η οπτική απομόνωση σε ένα βιομηχανικό σύστημα είναι η μεταφορά σήματος ελέγχου ή δεδομένων μεταξύ χωριστών ηλεκτρικών τομέων χωρίς να απαιτείται διαδρομή αγωγού σήματος μεταξύ τους.Το σήμα μετατρέπεται από ηλεκτρική μορφή σε φως, μεταδίδεται μέσω ενός οπτικού μέσου και μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα στην πλευρά λήψης.

Το σημαντικό σημείο δεν είναι απλώς ότι το σήμα γίνεται οπτικό.Η ίδια η διαδρομή επικοινωνίας δεν χρειάζεται πλέον να συνδέει ηλεκτρικά τα δύο σημεία.

Μια συμβατική ηλεκτρική σύνδεση χρησιμοποιεί συνήθως αγωγούς μεταξύ των συσκευών.ή άλλες αγωγικές διαδρομές που συνδέονται με το σύστημα επικοινωνίαςΕάν οι δύο συσκευές βρίσκονται σε διαφορετικά ηλεκτρικά δυναμικά, η καλωδίωση επικοινωνίας μπορεί να γίνει μέρος της διαδρομής μέσω της οποίας μεταφέρεται ανεπιθύμητο ρεύμα ή τάση.

Ένα οπτικό σύνδεσμο αλλάζει αυτή τη σχέση. Τα ηλεκτρονικά στην μία πλευρά οδηγούν έναν οπτικό πομπό. Το φως ταξιδεύει μέσα από την ίνα.Ένας οπτικός δέκτης στην άλλη πλευρά μετατρέπει το φως σε ηλεκτρικό σήμα.

Όταν η σύνδεση ινών δεν περιέχει αγωγική διαδρομή στο όριο της απομόνωσης,οι δύο ηλεκτρονικές πλευρές δεν χρειάζεται να μοιράζονται έναν αγωγό σήματος ή κοινή ηλεκτρική αναφορά μέσω του μέσου μετάδοσης.

Γκαλβανική μόνωση έναντι προετοιμασίας σήματος

Ο προγραμματισμός σήματος και η γαλβανική απομόνωση λύνουν διαφορετικά προβλήματα.

Το φιλτράρισμα μπορεί να μειώσει τα ανεπιθύμητα συστατικά συχνότητας.Η προστασία μπορεί να μειώσει την ηλεκτρομαγνητική σύνδεσηΤα συστατικά προστασίας από υπερτάσεις μπορούν να περιορίσουν την παροδική πίεση.

Όλες αυτές οι τεχνικές είναι πολύτιμες, αλλά δεν χωρίζουν αυτόματα δύο ηλεκτρικούς τομείς.

Γαλβανική μόνωσησημαίνει ότι το κανονικό ηλεκτρικό ρεύμα δεν μπορεί να ρέει απευθείας μέσω του φραγμού απομόνωσης, ενώ η πληροφορία ή η ισχύς μεταφέρεται μέσω άλλου μηχανισμού.χωρητικοί απομονωτές, μαγνητικοί απομονωτές και συνδέσεις οπτικών ινών είναι διαφορετικοί τρόποι δημιουργίας τέτοιων ορίων.

Η Απομόνωση Δεν Είναι Απλώς Μια Λειτουργία Ασφάλειας

Η απομόνωση συνδέεται συχνά με την προστασία από επικίνδυνες τάσεις, αλλά η βιομηχανική επικοινωνία έχει έναν άλλο λόγο να την χρησιμοποιεί: την ακεραιότητα του σήματος.

Δύο κυκλώματα μπορούν να λειτουργούν σε σχετικά χαμηλές τάσεις και να έχουν αρκετή διαφορά δυναμικού εδάφους ή διαταραχή κοινής λειτουργίας για να δημιουργήσουν προβλήματα επικοινωνίας.

Επομένως, η βιομηχανική απομόνωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διαχωρίσει ασυμβίβαστα δυναμικά αναφοράς, να διακόψει ανεπιθύμητες διαδρομές εδάφους,μειώνει την εξάπλωση ηλεκτρικών διαταραχών μέσω των καλωδίων επικοινωνίας, ή να προστατεύσει τα ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου χαμηλής τάσης από τα μεταβατικά συστήματα υψηλής τάσης.

Για το λόγο αυτό, η απομόνωση είναι συχνά μέρος της ίδιας της αρχιτεκτονικής επικοινωνίας και όχι μόνο ένα στοιχείο ασφάλειας που προστίθεται αργότερα.

Γιατί τα βιομηχανικά συστήματα αναπτύσσουν διαφορές δυναμικού εδάφους;

Τα ηλεκτρικά σχήματα συχνά απεικονίζουν το έδαφος ως έναν ενιαίο κόμβο μηδενικής τάσης.

Τα ηλεκτρικά ρεύματα ρέουν μέσω των αγωγών, των δικτύων προστασίας γης, των δομών των ντουλαπιών, των πλαισίων των μηχανών και των συστημάτων διανομής.Ο εξοπλισμός μπορεί επίσης να τροφοδοτείται από διαφορετικές πηγές ενέργειας ή να εγκατασταθεί σε απόσταση.

Ως αποτέλεσμα, δύο σημεία που φέρουν την ετικέτα "ground" σε διαφορετικά κομμάτια εξοπλισμού δεν είναι εγγυημένα να παραμείνουν στο ίδιο ακριβώς στιγμιαίο δυναμικό.

Το έδαφος δεν είναι πάντοτε το ίδιο παντού

Σκεφτείτε έναν ελεγκτή που είναι εγκατεστημένος σε ένα ντουλάπι και έναν κινητήρα που είναι εγκατεστημένος σε ένα άλλο.

Και οι δύο συσκευές μπορεί να είναι σωστά γειωμένες. Οι τοπικές αναφορές γείωσης τους μπορεί να διαφέρουν λόγω της πτώσης τάσης κατά μήκος των αγωγών γείωσης, υψηλού ρεύματος που ρέει μέσω κοινής αντίστασης,διαφορές στη διανομή ισχύος, αλλαγή περαστικών ή φυσικός διαχωρισμός.

Εάν ένα καλώδιο ηλεκτρικής επικοινωνίας συνδέεται μεταξύ αυτών των συστημάτων, μπορεί να γίνει μέρος της διαδρομής μέσω της οποίας η διαφορά δυναμικού προσπαθεί να εξισορροπήσει.

Πώς η διαφορά του δυναμικού εδάφους δημιουργεί ένα κύκλο εδάφους

Πώς μια διαφορά δυναμικού γης γίνεται ένας κύκλος γης

Αγήπεδο βρόχομπορεί να σχηματιστεί όταν περισσότερες από μία αγωγικές διαδρομές συνδέουν σημεία που είναι ονομαστικά γειωμένα, αλλά όχι στην πραγματικότητα με το ίδιο δυναμικό.

Το ρεύμα μπορεί στη συνέχεια να κυκλοφορεί μέσω διαδρομών που προορίζονται κυρίως για αναφορά σήματος, ασπίδα ή επικοινωνία, αντί για μεταφορά ρεύματος εξισορρόπησης.

Ο δέκτης δεν βλέπει πλέον μόνο το αναμενόμενο σήμα πληροφοριών διαφοροποίησης.Το σύνολο του σήματος μπορεί επίσης να μετατοπιστεί σε σχέση με την τοπική αναφορά του δέκτη..

Εδώ είναι που η διαφορά δυναμικού εδάφους γίνεται ένα πρόβλημα κοινής λειτουργίας.

Πώς οι Γήινοι Κύκλοι Γίνονται Προβλήματα Επικοινωνίας

Ηλεκτρικοί δέκτες λειτουργούν σε περιορισμένο περιβάλλον κοινής λειτουργίας.

Εάν η διαφορά τάσης μεταξύ συνδεδεμένων συστημάτων γίνει πολύ μεγάλη ή εάν η τάση κοινής λειτουργίας αλλάξει πολύ γρήγορα, το διαθέσιμο περιθώριο σήματος μπορεί να μειωθεί.Οι δομές προστασίας μπορεί να αρχίσουν να ασκούν, ή τα στοιχεία διεπαφής ενδέχεται να υποστούν πρόσθετη ηλεκτρική πίεση.

Αυτά τα προβλήματα είναι συχνά διαδοχικά.

Ένας σύνδεσμος επικοινωνίας μπορεί να λειτουργεί κατά τη διάρκεια της έναρξης λειτουργίας, αλλά να γίνει ασταθής μετά τη σύνδεση περισσότερων εξοπλισμούς.Το ίδιο το πρωτόκολλο μπορεί να λειτουργεί σωστά ενώ η ηλεκτρική σχέση μεταξύ των τελικών σημείων δεν είναι.

Γιατί το ΕΜΙ επηρεάζει τις συνδέσεις επικοινωνίας με χαλκό

Η διαφορά δυναμικού εδάφους είναι μόνο ένα μέρος του βιομηχανικού ηλεκτρικού περιβάλλοντος.

Τα εργοστάσια και τα ηλεκτρονικά συστήματα ισχύος περιέχουν επίσης ισχυρές πηγέςηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI)Τα καλώδια κινητήρα μεταφέρουν ταχύτατα μεταβαλλόμενα ρεύματα. Οι μετατροπείς και οι μετατροπείς διακόπτη δημιουργούν απότομες μεταβάσεις τάσης. Οι επαφές και οι αναμεταδότες μεταβάλλουν επαγωγικά φορτία.Οι αγωγοί υψηλού ρεύματος μπορούν να τρέχουν κοντά σε καλωδίωση ελέγχου χαμηλού επιπέδου.

Τα ηλεκτρικά καλώδια επικοινωνίας λειτουργούν μέσα στο ίδιο περιβάλλον.

Πώς εισέρχεται η παρεμβολή σε μια ηλεκτρική σύνδεση

Ο θόρυβος μπορεί να εισέλθει σε ένα σύστημα αγωγικής επικοινωνίας μέσω πολλών μηχανισμών.

Ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο μπορεί να προκαλέσει τάση σε έναν κύκλο αγωγού.Ο θόρυβος μπορεί επίσης να εισέλθει μέσω κοινής ισχύος ή γείωση αντίστασης.

Επομένως, τα βιομηχανικά συστήματα επικοινωνίας βασίζονται σε τεχνικές όπως η διαφορική σηματοδότηση, η ελεγχόμενη αντίσταση, η θωράκιση, η στρατηγική γείωσης, το φιλτράρισμα, η προστασία από τις υπερτάσεις, η καθοδήγηση καλωδίων,και γαλβανική μόνωση.

Κάθε μία αντιμετωπίζει ένα διαφορετικό μέρος του προβλήματος.

Η Διαφορετική Σημαντική Βοηθά, Αλλά Δεν Απαλεί την Ηλεκτρική Σύνδεση

Η διαφορική επικοινωνία χρησιμοποιείται ευρέως επειδή ο δέκτης ανταποκρίνεται κυρίως στη διαφορά τάσης μεταξύ δύο αγωγών και όχι σε οποιονδήποτε αγωγό ξεχωριστά.

Αν η ίδια διαταραχή εμφανίζεται εξίσου και στις δύο γραμμές, πολλά από αυτά μπορούν να απορριφθούν.

Στην πράξη, ωστόσο, ο θόρυβος σπάνια είναι τέλεια ισορροπημένος..

Το πιο σημαντικό είναι ότι η διαφορική σηματοδότηση δεν εξαλείφει από μόνη της την αγωγική διαδρομή μεταξύ των ηλεκτρικών τομέων.

Ένας καλά σχεδιασμένος σύνδεσμος από χαλκό μπορεί να λειτουργεί πολύ αξιόπιστα σε βιομηχανικά συστήματα.Το πραγματικό ζήτημα σχεδιασμού είναι αν η εφαρμογή ωφελείται από τη διατήρηση των δύο ηλεκτρικών τομέων φυσικά συνδεδεμένα.

Γιατί οι ίνες παρέχουν ηλεκτρική μόνωση στο φυσικό στρώμα

Η ίνα αλλάζει το πρόβλημα της επικοινωνίας επειδή οι πληροφορίες δεν χρειάζεται πλέον να διασχίζουν τα όρια ως ηλεκτρικό ρεύμα ή τάση.

Μια τυπική βιομηχανική οπτική σύνδεση ακολουθεί μια απλή ακολουθία:

ηλεκτρικό σήμα → οπτικό πομπό → ίνες → οπτικό δέκτη → ηλεκτρικό σήμα

Τα ηλεκτρονικά εξακολουθούν να υπάρχουν και στα δύο άκρα, αλλά το μέσο μετάδοσης μεταφέρει φως αντί για ένα ηλεκτρικό σήμα.

Γιατί το Χαλκό Μεταφέρει Ηλεκτρικές Διαταραχές, Ενώ η Τάλη Διακόπτει την Οδό της Ηλεκτρικής Οδηγίας

Οι δύο πλευρές δεν χρειάζεται να μοιράζονται ένα σήμα μέσω της ινώδους

Ας υποθέσουμε ότι ένας ελεγκτής χαμηλής τάσης στέλνει μια εντολή σε εξοπλισμό που λειτουργεί σε άλλο ηλεκτρικό τομέα.

Με μια άμεση σύνδεση χαλκού, και τα δύο συστήματα συνδέονται ηλεκτρικά μέσω των καλωδίων επικοινωνίας.

Με μια πλήρως μη αγωγική οπτική διαδρομή, δεν υπάρχει μεταλλικός αγωγός σήματος μέσω του οποίου το ρεύμα εξισορρόπησης εδάφους μπορεί να ρέει από το ένα σημείο στο άλλο.

Η πληροφορία διασχίζει το όριο, αλλά το ηλεκτρικό δυναμικό δεν χρειάζεται να το ακολουθήσει.

Αυτή είναι μια θεμελιωδώς διαφορετική προσέγγιση από την απλή αύξηση της ανοχής θορύβου ενός ηλεκτρικού δέκτη.

Γιατί το EMI δεν συνδυάζεται με το οπτικό σήμα με τον ίδιο τρόπο

Ένας αγωγός χαλκού υποστηρίζει το ηλεκτρικό ρεύμα και την τάση, έτσι ώστε τα εξωτερικά ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία να μπορούν να αλληλεπιδρούν απευθείας με το κύκλωμα επικοινωνίας.

Το οπτικό σήμα μέσα σε μια διηλεκτρική ίνα είναι διαφορετικό. Δεν υπάρχει ηλεκτρικός αγωγός σήματος που να τρέχει κατά μήκος της ινών για ένα εξωτερικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο να κινείται με τον ίδιο τρόπο.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η οπτική ίνα είναι πολύτιμη σε ηλεκτρικά θορυβώδη βιομηχανικά περιβάλλοντα.

Η διάκριση δεν πρέπει, ωστόσο, να υπερεκτιμάται.Κακή γείωση, η αδύναμη ακεραιότητα της ισχύος, η ανεπαρκής προστασία του παροδικού, ή η κακή διάταξη PCB μπορεί να προκαλέσει ακόμα βλάβες.

Η ίνα αφαιρεί μια σημαντική σύνδεση και πορεία ρεύματος.

Απομόνωση από ίνες έναντι ηλεκτρικών απομονωτών: Πότε η ίνες προσθέτουν περισσότερη αξία;

Οι οπτικές ίνες δεν είναι ο μόνος τρόπος για να δημιουργήσουμε γαλβανική απομόνωση.

Η βιομηχανική ηλεκτρονική χρησιμοποιεί επίσης οπτοσύνδεσμους, χωρητικούς απομονωτές, μαγνητικούς απομονωτές, μετασχηματιστές απομόνωσης και άλλες τεχνολογίες.Αυτά μπορούν να παρέχουν εξαιρετικά αποτελεσματική απομόνωση, ενώ το σήμα διατηρείται εξ ολοκλήρου σε ένα PCB ή εντός μιας ηλεκτρικής διεπαφής.

Η χρήσιμη σύγκριση δεν είναι, επομένως, αν η ίνα είναι "καλύτερη" από κάθε ηλεκτρικό απομονωτή.

Το πιο σημαντικό ερώτημα είναι πού πρέπει να τοποθετηθεί το όριο απομόνωσης.

Απομόνωση επιπέδου πίνακα έναντι απομόνωσης ινών επιπέδου τομέα

Ηλεκτρική μόνωση σε επίπεδο πίνακα

Θεωρήστε ένα PCB ελεγκτή που περιέχει έναν μικροελεγκτή και μια απομονωμένη διεπαφή επικοινωνίας.

Το εξωτερικό καλώδιο παραμένει ηλεκτρικό.Αλλά η αρχιτεκτονική της πλακέτας εμποδίζει το ρεύμα να διασχίσει το τοπικό φράγμα απομόνωσης στο τομέα του ελεγκτή..

Για πολλές εφαρμογές, αυτή είναι ακριβώς η σωστή λύση.

Οι ηλεκτρικοί απομονωτές μπορούν να είναι συμπαγείς, γρήγοροι, οικονομικά αποδοτικοί και εύκολο να ενσωματωθούν.

Απομόνωση σε επίπεδο καλωδίου ή τομέα

Η ίνα γίνεται πιο ελκυστική όταν το απαιτούμενο όριο απομόνωσης εκτείνεται πέρα από ένα τοπικό PCB.

Η διαδρομή επικοινωνίας μπορεί να διανύεται μεταξύ των ντουλαπιών, μεταξύ διαφορετικών μηχανών, μεταξύ των ηλεκτρονικών στοιχείων ελέγχου και ενός τμήματος υψηλής τάσης,ή σε περιοχές με αβέβαιο δυναμικό εδάφους και σοβαρό θόρυβο μετάβασης.

Σε αυτές τις περιπτώσεις, το ίδιο το μέσο μετάδοσης μπορεί να γίνει μέρος της αρχιτεκτονικής απομόνωσης.

Αντί να απομονώνουμε ηλεκτρικά μια διεπαφή ενώ συνεχίζουμε να κατευθύνουμε ένα αγωγό καλώδιο μέσα από το περιβάλλον,μια σύνδεση ινών μπορεί να διατηρήσει τον ηλεκτρικό διαχωρισμό σε όλη τη φυσική απόσταση μεταξύ των τελικών σημείων.

Η κατάλληλη επιλογή εξαρτάται από το πού υπάρχει η ανεπιθύμητη ηλεκτρική διαδρομή και πού το σύστημα πρέπει να την διακόψει.

Όταν η οπτική μόνωση έχει σημασία σε πραγματικά βιομηχανικά συστήματα

Η ίδια ηλεκτρική αρχή εμφανίζεται σε πολλές βιομηχανικές εφαρμογές, παρόλο που ο εξοπλισμός φαίνεται πολύ διαφορετικός.

Οπτική μόνωση σε βιομηχανικά συστήματα υψηλής τάσης

Μεταβλητής συχνότητας και σερβοκινητήρες

Οι κινητήρες συνδυάζουν ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου χαμηλής τάσης με υψηλό ρεύμα, ταχύτατα μεταβαλλόμενα στάδια ισχύος.

Ο ελεγκτής μπορεί να χειρίζεται εντολές, πληροφορίες θέσης, διάγνωση ή ανατροφοδότηση, ενώ το στάδιο μετατροπέα μετακινεί σημαντική τάση και ρεύμα στον κινητήρα.

Τα καλώδια κινητήρα και οι κόμβοι διακόπτη μπορούν να δημιουργήσουν ένα δύσκολο ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον.και τα συστήματα κίνησης μπορεί επίσης να βρίσκονται σε ελαφρώς διαφορετικά δυναμικά εδάφους.

Η οπτική επικοινωνία μπορεί να είναι χρήσιμη όταν μια διαδρομή ελέγχου ή ανατροφοδότησης πρέπει να διασχίσει ένα από αυτά τα όρια χωρίς να επεκταθεί η ηλεκτρική σύνδεση.

Αυτό δεν σημαίνει ότι κάθε σέρβο ή κινητήρας μεταβλητής συχνότητας απαιτεί ίνες.Η ίνα γίνεται πιο πολύτιμη όταν ο φυσικός διαχωρισμός και ο διαχωρισμός ηλεκτρικού τομέα αποτελούν και τα δύο μέρος της απαίτησης.

Αρχιτεκτονικές PCS και BMS αποθήκευσης ενέργειας

Τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας περιέχουν πολλαπλά ηλεκτρικά πεδία.

Τα κυκλώματα παρακολούθησης μπαταριών, τα ηλεκτρονικά επικοινωνιών, τα συστήματα ελέγχου και τα στάδια μετατροπής ισχύος μπορούν να λειτουργούν σε πολύ διαφορετικά δυναμικά.Αυτά τα τμήματα εξακολουθούν να πρέπει να ανταλλάσσουν πληροφορίες ενώ εμποδίζουν την ανεπιθύμητη ηλεκτρική πίεση από το να διαδίδεται ελεύθερα μεταξύ τους.

Επομένως, η γαλβανική απομόνωση αποτελεί σημαντικό μέρος της αρχιτεκτονικής του συστήματος.

Η ίνα μπορεί να είναι χρήσιμη όταν η επικοινωνία διασχίζει ένα φυσικά διαχωρισμένο ή ιδιαίτερα θορυβώδες ηλεκτρικό όριο.Η κατάλληλη μέθοδος εξαρτάται από την τοπολογία του συστήματος, τάση, απόσταση, εύρος ζώνης, απαιτήσεις ασφάλειας και κόστος.

Συστήματα IGBT και SiC Gate-Driver

Τα συστήματα οδήγησης πύλης δείχνουν το πρόβλημα της απομόνωσης ιδιαίτερα καθαρά.

Ένας ελεγκτής χαμηλής τάσης πρέπει να πει σε ένα τρανζίστορ ισχύος πότε να αλλάξει, ενώ το τρανζίστορ μπορεί να βρίσκεται σε έναν κόμβο μετάβασης του οποίου το δυναμικό αλλάζει γρήγορα σε σχέση με το έδαφος του ελεγκτή.

Με τα IGBT, τα SiC MOSFET και άλλες συσκευές γρήγορης ισχύος, το φράγμα απομόνωσης πρέπει να συνεχίσει να μεταφέρει το σωστό σήμα ελέγχου ενώ η τάση μεταξύ των ηλεκτρικών τομέων του αλλάζει γρήγορα.

Εδώ είναι πουκοινή μεταβατική ανοσία (CMTI)Η CMTI περιγράφει την ικανότητα μιας απομονωμένης συσκευής να διατηρεί τη σωστή συμπεριφορά του σήματος κατά τη διάρκεια ταχείων μεταβολών τάσης κοινής λειτουργίας.

Μια οπτική διαδρομή ελέγχου προσεγγίζει το ίδιο πρόβλημα από άλλη κατεύθυνσηΜέρος της διαδρομής επικοινωνίας μπορεί να μεταφερθεί ως φως και όχι ως ηλεκτρικό σήμα που καλύπτει τους δύο τομείς.

Το ολοκληρωμένο σύστημα εξακολουθεί να απαιτεί κατάλληλη απομονωμένη ισχύ, κατάλληλη ροπή και καθαρότητα, προστασία διακόπτη, σχεδιασμό PCB και έλεγχο EMC.όχι κάθε απαίτηση απομόνωσης στο στάδιο ισχύος.

Τι ρόλο παίζει το POF σε σύνδεσμους βιομηχανικής απομόνωσης μικρής απόστασης;

Δεν απαιτούνται όλες οι βιομηχανικές οπτικές συνδέσεις ινών τηλεπικοινωνιών μεγάλων αποστάσεων.

Μέσα σε μηχανές, ντουλάπια, κινητήρες, συστήματα αυτοματισμού και ηλεκτρονικό εξοπλισμό ισχύος, η απαιτούμενη απόσταση μπορεί να είναι μόνο αρκετά μέτρα ή αρκετές δεκάδες μέτρα.Σε αυτό το εύρος,πλαστική οπτική ίνα (POF)μπορεί να παρέχει έναν χρήσιμο συνδυασμό ηλεκτρικής μόνωσης και πρακτικών χαρακτηριστικών εγκατάστασης.

Γιατί το POF μπορεί να ταιριάζει σε σύντομες συνδέσεις σε επίπεδο μηχανής

Το κοινό βιομηχανικό POF χρησιμοποιεί έναν σχετικά μεγάλο οπτικό πυρήνα σε σύγκριση με την συμβατική τηλεπικοινωνιακή ίνα.

Αυτό μπορεί να καταστήσει την οπτική ευθυγράμμιση και τον τερματισμό λιγότερο απαιτητικούς, πράγμα που είναι χρήσιμο σε συνδέσμους επιπέδου μηχανής όπου η πρακτικότητα της εγκατάστασης, η συντήρηση,και το χειρισμό των συνδέσμων μπορεί να έχει μεγαλύτερη σημασία από τη μεγάλη απόσταση μετάδοσης.

Το POF είναι επίσης ευέλικτο και ελαφρύ.

Το υλικό του καλωδίου, η μηχανική ενίσχυση, η θερμοκρασία, η συμπεριφορά της φλόγας, η αντοχή στην έλξη, η απόδοση κάμψης,και αντοχή σε επαναλαμβανόμενη κίνηση καθορίζουν εάν ένα καλώδιο είναι πραγματικά κατάλληλο για ένα συγκεκριμένο βιομηχανικό περιβάλλον.

Για το λόγο αυτό, μια βιομηχανική σύνδεση POF θα πρέπει να αξιολογείται ως ένα πλήρες σύστημα καλωδίων και συνδέσεων και όχι μόνο με βάση το υλικό οπτικών ινών.

Τυπικός σύνδεσμος απομόνωσης POF

Ένα σύντομο βιομηχανικό οπτικό σύνδεσμο μπορεί να απεικονιστεί ως:

Ηλεκτρονική συσκευή ελεγκτή
→ οπτικός πομπός
→ POF καλώδιο
→ οπτικός δέκτης
→ ηλεκτρονικά μεμονωμένα

                                            Αρχιτεκτονική σύνδεσης απομόνωσης POF μικρής απόστασης

Τα ηλεκτρονικά στα δύο άκρα χρειάζονται τοπική ενέργεια.

Το όφελος της απομόνωσης προέρχεται από την απουσία αγωγού διαδρομής επικοινωνίας μεταξύ των δύο τομέων.

Ανάλογα με την επιλεγμένη αρχιτεκτονική δέκτη και διεπαφής, αυτός ο τύπος σύνδεσης μπορεί να μεταφέρει εντολές ελέγχου, πληροφορίες κατάστασης, σειριακά δεδομένα ή άλλα βιομηχανικά σήματα μικρής απόστασης.

Γιατί η Κοντή Απόσταση Δεν Σημαίνει Κατώτερη Αξία

Είναι εύκολο να αξιολογηθεί η οπτική ίνα κυρίως από την απόσταση μετάδοσης.

Από αυτή την άποψη, η χρήση ινών για μια σύντομη σύνδεση μπορεί να φαίνεται περιττή όταν ο χαλκός θα μπορούσε εύκολα να μεταφέρει τα απαιτούμενα δεδομένα στην ίδια απόσταση.

Αλλά η απόσταση μπορεί να μην είναι το πραγματικό μηχανικό πρόβλημα.

Αν αυτά τα λίγα μέτρα διασχίσουν διαφορετικά πεδία εδάφους, περάσουν δίπλα σε έναν μετατροπέα υψηλής ισχύος, συνδέσουν ένα ντουλάπι ελέγχου σε ένα στάδιο διακόπτη ή δημιουργήσουν μια ανεπιθύμητη πορεία ρεύματος μεταξύ των εξαρτημάτων,Η τιμή της οπτικής σύνδεσης προέρχεται από τον ηλεκτρικό διαχωρισμό και όχι από την εμβέλεια..

Ως εκ τούτου, ένας σύντομος οπτικός σύνδεσμος μπορεί να λύσει ένα πρόβλημα σε επίπεδο συστήματος που δεν έχει καμία σχέση με τη μέγιστη απόσταση μετάδοσης.

Το POF δεν είναι η σωστή επιλογή για κάθε οπτικό σύνδεσμο

Το POF έχει επίσης σαφή όρια.

Μεγαλύτερη απόσταση, υψηλότερη ταχύτητα δεδομένων, αυστηρότερες απαιτήσεις οπτικής απώλειας, αυξημένη θερμοκρασία, έκθεση στο περιβάλλον, αρχιτεκτονική συνδέσμων,και το περιθώριο σύνδεσης συστήματος μπορεί να ευνοεί άλλα οπτικά μέσα όπως το σκληρό νήμα πυριτίου, πολυμερές καλυμμένη πυριτίνη, ή συμβατική γυάλινη ίνα.

Η απόφαση πρέπει να ξεκινά από τις απαιτήσεις εφαρμογής και όχι από την προτίμηση για έναν τύπο ινών.

Για μια σύντομη σύνδεση απομόνωσης σε επίπεδο μηχανής, το POF μπορεί να είναι πολύ πρακτικό.

Πώς να αποφασίσετε αν ένας βιομηχανικός σύνδεσμος χρειάζεται οπτική μόνωση

Η απόφαση πρέπει να αρχίσει με το ηλεκτρικό όριο, όχι με το υλικό του καλωδίου.

Πρώτα, προσδιορίστε εάν και τα δύο σημεία καταλήξεως μοιράζονται πραγματικά το ίδιο σταθερό δυναμικό αναφοράς.ή συνδέονται με διαφορετικά σημεία γείωσης μπορεί να μην.

Στη συνέχεια, εξετάστε το περιβάλλον θορύβου: κινητήρες, επαφές, κόμβοι διακόπτη μετατροπής, καλώδια υψηλού ρεύματος, μετατροπείς DC/DC, μονάδες IGBT, σταθμοί ισχύος SiC,και επαγωγικά φορτία μπορούν να αυξήσουν το στρες σε ένα ηλεκτρικό σύνδεσμο επικοινωνίας.

Αν το πρόβλημα υπάρχει μόνο σε ένα μικρό όριο PCB, ένας ψηφιακός απομονωτής ή οπτικοσύνδεσμος μπορεί να είναι η πιο απλή λύση.Εάν η διαδρομή επικοινωνίας διασχίζει τα ντουλάπια, μηχανές, ζώνες υψηλής τάσης ή αβέβαια πεδία εδάφους, η μετατόπιση του ορίου απομόνωσης στο ίδιο το μέσο μετάδοσης μπορεί να προσφέρει πρόσθετη αξία.

Οι απαιτήσεις επικοινωνίας πρέπει να λαμβάνονται υπόψη παράλληλα με την απομόνωση: ταχύτητα δεδομένων, καθυστέρηση, απόσταση σύνδεσης, θερμοκρασία, κίνηση καλωδίου, απαιτήσεις κάμψης, αντοχή συνδέσμου, μέθοδος συντήρησης,Προϋπολογισμός οπτικής ισχύος, και συμπεριφορά αποτυχίας όλα επηρεάζουν την τελική αρχιτεκτονική.

Επομένως, η επιλογή δεν είναι απλά χαλκός έναντι ινών. Είναι μια απόφαση μεταξύ άμεσης ηλεκτρικής επικοινωνίας, ηλεκτρικά απομονωμένης επικοινωνίας χαλκού, POF, HCS / PCS,ή γυάλινη ίνα με βάση το πραγματικό ηλεκτρικό και επικοινωνιακό όριο.

Η βασική αρχή της μηχανικής: Διαχωρίστε τα ηλεκτρικά πεδία όταν το απαιτεί η σύνδεση

Οι βιομηχανικές ίνες δεν πρέπει να νοούνται μόνο ως μια ταχύτερη έκδοση του χαλκού.

Σε πολλά συστήματα ελέγχου, η σημαντικότερη ιδιότητά του είναι πιο θεμελιώδης:το φως μπορεί να μεταφέρει πληροφορίες μεταξύ τοποθεσιών χωρίς να απαιτείται η ηλεκτρική σύνδεση αυτών των τοποθεσιών μέσω του μέσου επικοινωνίας.

Αυτό έχει σημασία όταν τα δυναμικά εδάφους διαφέρουν, όταν το ανεπιθύμητο ρεύμα θα κυκλοφορούσε μέσω των καλωδίων επικοινωνίας.Έχει σημασία όταν η στροφή υψηλής ισχύος δημιουργεί δύσκολες συνθήκες κοινής λειτουργίας και EMIΕίναι επίσης σημαντικό όταν ένας ελεγκτής πρέπει να επικοινωνεί μέσω ενός φυσικού ορίου υψηλής τάσης.

Οι ηλεκτρικοί απομονωτές, οι διαφορικές διεπαφές, η θωράκιση, το φιλτράρισμα, η προστασία από τις υπερβολικές τάσεις και η προσεκτική γείωση παραμένουν βασικά μηχανικά εργαλεία.

Παρέχει μια άλλη αρχιτεκτονική επιλογή: να αφαιρέσει εντελώς τη διαδρομή του αγωγού σήματος.

Για συστήματα μεγάλων αποστάσεων ή υψηλού εύρους ζώνης, τα οποία μπορεί να συνδυαστούν με τα γνωστά πλεονεκτήματα μετάδοσης οπτικών ινών.Το κύριο όφελος μπορεί να είναι πολύ απλούστερο:

Το σήμα διασχίζει το όριο, ενώ το έδαφος όχι.

Συχνές Ερωτήσεις

• Γιατί χρησιμοποιείται η οπτική μόνωση στα βιομηχανικά συστήματα;

Η οπτική απομόνωση επιτρέπει στα σήματα δεδομένων ή ελέγχου να διασχίζουν μεταξύ ηλεκτρικών τομέων χωρίς να απαιτείται αγωγική διαδρομή επικοινωνίας μεταξύ τους.μειώνει την επίδραση των διαφορών δυναμικού εδάφους, και αποτρέπουν το καλώδιο επικοινωνίας από το να γίνει μια άλλη ηλεκτρική σύνδεση μεταξύ θορυβώδεις ή υψηλής τάσης τμήματα.

• Πώς η επικοινωνία με οπτικές ίνες εξαλείφει τους γήινους βρόχους;

Όταν δύο τελικά σημεία είναι συνδεδεμένα σε ένα σχετικό όριο μόνο με μη-οδηγούμενη οπτική ίνα,η ίνα δεν παρέχει ηλεκτρική πορεία επιστροφής για αυτό το ρεύμα.

• Είναι η επικοινωνία με οπτική ίνα ανοσοποιημένη στην ΕΜΙ;

The optical transmission medium does not interact with electromagnetic interference in the same way as an electrical conductor because the information is carried as light rather than electrical current or voltageΟ πομπός, ο δέκτης, οι τοπικές πηγές ενέργειας και τα γύρω ηλεκτρονικά εξακολουθούν να απαιτούν κατάλληλο σχεδιασμό EMC.

• Πότε θα πρέπει να χρησιμοποιείται η ίνα αντί για ψηφιακό απομονωτήρα ή οπτικοσύνδεσμο;

Οι ψηφιακοί απομονωτές και οι οπτοσύνδεσμοι είναι συχνά κατάλληλοι για απομόνωση σε επίπεδο PCB ή σε επίπεδο διεπαφής.Η ίνα γίνεται ιδιαίτερα χρήσιμη όταν ο απαιτούμενος ηλεκτρικός διαχωρισμός πρέπει να εκτείνεται φυσικά μεταξύ των ντουλαπιών, μηχανές, ζώνες υψηλής τάσης ή εξοπλισμό με αβέβαιες διαφορές δυναμικού εδάφους.

• Γιατί το POF χρησιμοποιείται για βιομηχανική επικοινωνία μικρών αποστάσεων;

Το POF συνδυάζει μια μη αγωγική οπτική διαδρομή με έναν σχετικά μεγάλο πυρήνα, ευελιξία και πρακτικό χειρισμό.και συνδέσεις σε επίπεδο εξοπλισμού όπου η ηλεκτρική απομόνωση και η πρακτικότητα της εγκατάστασης είναι σημαντικότερες από πολύ μεγάλη απόσταση μετάδοσης.

• Μπορεί η οπτική ίνα να χρησιμοποιηθεί σε διαδρομές ελέγχου IGBT ή SiC gate-driver;

Ναι, ένα οπτικό σύνδεσμο μπορεί να αποτελέσει μέρος της διαδρομής ελέγχου μεταξύ των ηλεκτρονικών ελέγχου χαμηλής τάσης και ενός τομέα μετάδοσης υψηλής τάσης.προστασία μετάβασης, στροφή και καθαρότητα, απόδοση συγχρονισμού και σχεδιασμός EMC.