Schaltungsisolation verbessert intelligente Automatisierungstechnik

Auch wenn die Höhe der Ströme und Spannungen nicht ausreicht, um die Steuerungsbausteine zu beschädigen, können sie doch die Kommunikation zwischen den Systemen sowie zwischen verschiedenen Bereichen eines Systems stören. In Anlagen wie beispielweise speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) können mehrere Spannungen und unterschiedliche Masse-Referenzen vorkommen, sodass die verschiedenen Teile solcher Systeme ebenfalls voneinander isoliert werden müssen, damit die Signalintegrität gewahrt bleibt.

Masseschleifen durch Kabel

Der Kommunikation dienende Kabel zwischen verschiedenen Anlagen können zur Bildung von Masseschleifen führen, als deren Folge die Systeme elektrischen Störgrößen aus der Umgebung ausgesetzt werden. Bestimmte Teile eines elektronischen Systems (z.B. Sender oder Prozessoren) erzeugen unter Umständen ebenfalls hohe Frequenzen, die keinesfalls störend auf Signale in niederfrequenten Schaltungen einwirken dürfen.

Wichtig ist dies sogar in Systemen ohne Netzstromversorgung (z.B. in batteriebetriebenen Systemen), die Mikrocontroller mit hohen Taktfrequenzen enthalten und per Funk mit Steuerungssystemen kommunizieren.

Sensoren arbeiten ebenfalls oft mit sehr niedrigen Strömen und müssen häufig vor Sensorelementen geschützt werden, die möglicherweise mit elektrisch aktiven externen Materialien in Kontakt kommen. In diesen und anderen Fällen dient die Isolation dazu, die Weiterleitung von Störgrößen zu unterbinden und dafür zu sorgen, dass diese keine negativen Auswirkungen auf die erforderliche Kommunikation haben.

In einer Fertigungsumgebung werden Anlagen in der Regel vorwiegend durch SPS gesteuert, die mit mehreren Anlagen (Feldeinheiten) in der Fabrik kommunizieren und diese regeln. Die Überwachung und Programmierung der SPS wiederum erfolgt durch Anwender mit Computerterminals, die mit den Büros des Unternehmens und dem Internet verbunden sind.

Alle Fabrik- und Bürosysteme benötigen an verschiedenen Stellen eine Isolation, um die Stromversorgung abzusichern und die Signalintegrität zu wahren. Bild 1 gibt einen Überblick über den Isolationsbedarf in den Funktionsabschnitten einer SPS, während Bild 2 die Isolation in einem batteriebetriebenen drahtlosen Sensor zeigt. Die Stromversorgung dieses Sensors kann durch eine Batterie oder den isolierten Stromversorgungs-Block erfolgen.

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