DIN レール信号絶縁変換器

信号絶縁変換器は、現場機器と制御システムの間に位置し、磁気障壁を通して信号を伝えます。その目的は値を変えることではなく、電気的な経路を断つことです。プラントの両端の接地電位差、または長いケーブルに結合した過渡は、導体に沿って伝わりますが、導体を介さずに移される信号は、そのどちらも通せません。

このページのモジュールは、4-20 mA と 0-20 mA から 0-5 V、1-5 V、0-10 V までの電流・電圧ループをカバーします。幅は 13 mm で、標準の 35 mm の DIN レールに取り付けられ、一群を盤の幅ではなく奥行きに組めます。絶縁は入力、出力、電源の間で 2000 V RMS、伝送精度は 20℃ で 0.1 %FS、応答時間は 10 ms 以下です。

2 つの版があります。絶縁変換器は、既に専用の電源を持つ機器からの信号を伝えます。分配器は、2 線式または 3 線式のトランスミッタへ同じモジュールから給電し、戻りの信号を絶縁します。トランスミッタが測るループそのものから給電される場合に使う構成です。

信号絶縁変換器の仕組み

このモジュールの絶縁は、光学式ではなく磁気式です。入力信号は磁気障壁を渡れる形に変換されて渡され、向こう側で同じ比例信号として再構成されます。両側は導体を共有しないため、両者の電位差は、信号導体に電流を流す経路を持ちません。接地ループが、それ以外は正しい読みにオフセットを加える仕組みは、これです。

コモンモード妨害の抑圧も、同じ構成から従います。入力対の両導体に現れる電圧、たとえばドライブと共有するケーブルトレイからの誘導電圧は、受信端では差がゼロです。フィルタはそのような信号を低減しますが、絶縁障壁はそれがそもそも測定に到達した経路を取り除きます。近くのドライブが動くと値がずれ続ける、フィルタをかけた信号が、より大きなフィルタではなく絶縁変換器の出番となるのは、そのためです。

分配器版は、これをループから給電を受けるトランスミッタへ広げます。ループへ 30 mA 以下で 19〜25 V を供給し、同じ絶縁障壁を通して信号を戻します。電源と測定が同じモジュール上にあるため、ループの基準は 2 つではなく 1 つになり、両者の間の配線が消えます。

正しいモジュールの選定

まず、現場機器が専用の電源を持つかを確定します。この 1 つの問いが 2 つの版を分けます。2 線式トランスミッタは分配器を必要とし、専用電源を持つトランスミッタや供給源は絶縁変換器を必要とします。ここを間違えるのは精度の問題ではありません。絶縁変換器につないだ 2 線式トランスミッタは、単に無電源になるからです。

次に信号の形式を確定します。出力は入力の比例形式にしかできないため、入力と出力は一緒に選ぶ必要があります。4-20 mA 入力は 4-20 mA または 1-5 V を出力し、それを 0-10 V にする設定はありません。電流出力と電圧出力も現場で入れ替えられず、変更には別のハードウェアが要るため、問い合わせ時に決めた形式がそのまま届きます。

続いて負荷を確認します。電流出力は 400 Ω 以下を駆動します。電圧出力は負荷が最大以下ではなく最小以上である必要があり、0-5 V と 1-5 V では 250 kΩ、0-10 V では 500 kΩ です。それを下回る負荷は、出力を損傷させるのではなく、公称精度の外に持ち出します。

最後にチャンネルと電源を確定します。1 入力 1 出力、1 入力 2 出力、2 入力 2 出力の形式があり、2 出力の形式は、1 つの現場信号を 2 台目のトランスミッタなしに制御システムと記録計へ届けられます。モジュールは 20〜32 VDC で動作し、ドライブと共有する電源からは離しておくのが最善です。

限界と確認事項

絶縁変換器は信号を伝えるだけで、改善はしません。トランスミッタで既に不正確な測定は、障壁の向こう側にも不正確に届き、0.1 %FS という数値はモジュールが加えるものを表すのであって、ループ全体が達成するものではありません。ループを突き合わせる必要がある場合、まず見るべきはトランスミッタと受信カードです。

このモジュールは -10〜50℃ の温度範囲と、25〜85 %RH の湿度範囲（結露なきこと）で定格されています。洗浄に対して密封されておらず、前面も保護されているとは述べられていないため、機械上ではなく盤内に置くべきものです。垂直取付は内部の熱を逃がす助けになり、モジュールは並べて設置する際に隙間を要します。

資料には不完全な項目が 3 つあり、そのまま公開しています。消費電力の数値は、2 つの表で 2 つの版に反対向きに割り当てられています。同じ製品に 2 つの異なる EMC 規格が引用されています。そして一方の表は応答時間のセルを空欄にしています。特定の規格や特定の消費電力の数値に対して用途を文書化する必要がある場合は、お知らせください。ここで一方を選ぶのではなく、どちらの引用が当てはまるかを確認します。

資料は、本質安全形が存在するかどうかを述べていません。そのため危険区域に入るループは、注文前に確認すべき事項であり、このページが答えられる事項ではありません。