隔離的主要目的是通過隔離元器件把噪聲干擾的路徑切斷，從而達(dá)到抑制噪聲干擾的效果。在采用電路隔離措施以后，絕大多數(shù)電路都能夠取得良好的噪聲抑制效果，使設(shè)備符合emc的要求。電路隔離方式主要有：模擬電路的隔離、數(shù)字電路的隔離、數(shù)字電路與模擬電路之間的隔離。所使用的隔離方法有：變壓器隔離法、脈沖變壓器隔離法、繼電器隔離法、光電耦合器隔離法、直流電壓隔離法、線性隔離放大器隔離法、光纖隔離法、a/d轉(zhuǎn)換器隔離法等。
1．電路隔離
模擬電路的隔離比較復(fù)雜，主要取決于對傳輸通道的精度要求，對精度要求越高，其通道的成本也就越高；然而，當(dāng)性能的要求上升為主要矛盾時，應(yīng)當(dāng)以性能為主選擇隔離元器件，把成本放在第二位，反之，應(yīng)當(dāng)從成本角度出發(fā)選擇隔離元器件。模擬電路的隔離主要采用變壓器、互感器、直流電壓隔離器或線性隔離放大器隔離。
對于具有直流分量和共模噪聲干擾比較嚴(yán)重的場合，在模擬信號的測量中必須采取措施，使輸入與輸出完全隔離，彼此絕緣，消除噪聲的耦合。隔離能防止模擬系統(tǒng)的干擾，尤其能有效地抑制電力系統(tǒng)的接地干擾進(jìn)入邏輯系統(tǒng)，導(dǎo)致邏輯系統(tǒng)的工作紊亂。在精密測量系統(tǒng)中，也能有效地防止數(shù)字系統(tǒng)的脈沖波動干擾進(jìn)入模擬系統(tǒng)，因模擬電路前置放大部分的信號非常微弱，較小的干擾波動信號就會把有用信號淹沒。
對于高電壓、大電流信號采用互感器隔離，其抑制噪聲的原理與隔離變壓器類似?；ジ衅鞲綦x方法的應(yīng)用如圖1（a）所示。而對微電壓、微電流模擬信號的隔離系統(tǒng)來說相對比較復(fù)雜，既要考慮其精度、頻帶寬度的因素，又要考慮其價格因素。一般情況下，對于較小量的共模噪聲，采用差動放大器或儀表放大器就能夠取得良好的效果，但對于共模噪聲較大且測量精度要求比較高的場合，應(yīng)該選擇高精度線性隔離放大器。線性隔離放大器的應(yīng)用如圖1（b）所示。
圖1 模擬信號輸入隔離系統(tǒng)
2．物理隔離
物理隔離是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分利用物理介質(zhì)隔離開來，使它們不發(fā)生電的聯(lián)系。在plc控制系統(tǒng)中通常采用以下物理隔離措施：
正確選用連接電纜和布線方式。低頻電路盡量采用雙絞線，高頻電路盡量采用雙同軸屏蔽電纜，并盡量用光纜代替長電纜，使所有的信號線很好地絕緣，使其不漏電。這樣能有效地防止由于接觸引入的干擾。
根據(jù)信號的不同類型將其按抗噪聲干擾的能力分類，按其類別將不同種類的信號線纜隔離敷設(shè)。相近種類的信號電纜如果必須在同一電纜槽中走線，則一定要用金屬隔板將它們隔開，并采用隔離技術(shù)將信號源同系統(tǒng)在電氣上進(jìn)行隔離，這樣會大大地減小共模干擾對系統(tǒng)造成的危害。用隔離放大器將信號的輸入端子與系統(tǒng)電路部分完全隔離（有的系統(tǒng)中采用隔離變壓器或繼電器等方式隔離，對開關(guān)量則可以采用光電器件或繼電器進(jìn)行隔離），這樣因地電位不同所產(chǎn)生的干擾信號形不成回路，可有效地抑制干擾的危害。
模擬量信號對高頻脈沖信號的抗干擾能力是很差的，應(yīng)采用屏蔽雙絞線或屏蔽電纜傳輸，且這些信號線必須單獨(dú)穿電線管或在電纜槽中敷設(shè)，不可與其他信號在同一電纜管（或槽）中走線。
低電平的開關(guān)信號（一些狀態(tài)干接點(diǎn)信號）和數(shù)據(jù)通信線路（rs232、eia485等），對低頻脈沖信號的抗干擾能力比模擬信號要強(qiáng)，也應(yīng)采用屏蔽雙絞線（至少用雙絞線）傳輸。此類信號也要單獨(dú)走線，不可和動力線和大負(fù)載信號線在一起平行走線。
高電平（或大電流）的開關(guān)量的輸入、輸出及其他繼電器輸入、輸出信號的抗干擾能力強(qiáng)于以上兩種，但這些信號會干擾別的信號，可用雙絞線連接，也可單獨(dú)敷設(shè)電纜管或電纜槽。
ac 220v、380v動力線以及大通斷能力的斷路器、開關(guān)信號線等，這些電纜的選擇主要不是依據(jù)抗干擾能力，而是由電流負(fù)載和耐壓等級決定，其敷設(shè)應(yīng)與信號傳輸線嚴(yán)格分開。為了防止供電線路上引入共模高頻干擾信號，可以在供電線路上設(shè)隔離變壓器進(jìn)行干擾隔離。為了達(dá)到良好的干擾抑制效果，變壓器的屏蔽層要很好地接地，變壓器的次級線圈應(yīng)采用雙絞線。
3．電位隔離
電位隔離分為機(jī)械、電磁、光電和浮地幾種隔離方式，其實質(zhì)是人為地造成電的隔離，以阻止電路性耦合產(chǎn)生電磁干擾。機(jī)械隔離采用繼電器來實現(xiàn)其線圈接收信號，機(jī)械觸點(diǎn)發(fā)送信號。機(jī)械觸點(diǎn)分?jǐn)鄷r，由于阻抗很大，電容很小，從而阻止了電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。機(jī)械隔離的缺點(diǎn)是線圈工作頻率低，不適合于工作頻率較高的場合使用，而且存在觸點(diǎn)通斷時的彈跳干擾以及接觸電阻等。
繼電器是常用的數(shù)字輸出隔離元件，用繼電器作為隔離元件簡單實用，價格低廉。圖2是繼電器輸出隔離示意圖。在該電路中，通過繼電器把低壓直流與高壓交流隔離開來，使高壓交流側(cè)的干擾無法進(jìn)入低壓直流側(cè)。
圖2 繼電器隔離
4．電磁隔離
電磁隔離是采用變壓器傳遞電信號，阻止了電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾，對于交流場合使用較為方便。由于變壓器繞組間的分布電容較大，所以使用時應(yīng)當(dāng)與屏蔽和接地相配合。脈沖變壓器原、副邊繞組匝數(shù)很少，分別繞制在鐵氧體磁芯的兩側(cè)，分布電容僅為幾皮法，可作為脈沖信號的隔離器件。對于模擬量輸入信號，由于每點(diǎn)的采樣周期很短，實際上的采樣波形也為一脈沖波形，也可實現(xiàn)隔離作用。采用脈沖變壓器隔離方式，在線路中仍應(yīng)加濾波環(huán)節(jié)抑制動態(tài)常模干擾和靜態(tài)常模干擾。脈沖變壓器隔離方式可用于幾兆赫的信號電路中。
脈沖變壓器隔離存在的主要問題在于在控制系統(tǒng)與控制對象之間存在公共地線，即使采用同軸電纜作為傳輸媒介，也會將現(xiàn)場的干擾信號引入plc控制系統(tǒng)中，影響整個系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定工作。由于脈沖變壓器傳遞輸入、輸出脈沖信號時不傳遞直流分量，因而在plc控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。一般來說，脈沖變壓器的信號傳遞頻率在1khz～1mhz之間，新型高頻脈沖變壓器的傳遞頻率可達(dá)到10mhz。圖3（a）是脈沖變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3（b）所示是脈沖變壓器的應(yīng)用實例。
圖3 脈沖變壓器的應(yīng)用
5．模/數(shù)變換隔離電路
模擬電路與數(shù)字電路之間的隔離主要采用模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置；對于要求較高的電路，除采用模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置外，還應(yīng)在模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的兩端分別加入模擬隔離元器件和數(shù)字隔離元器件。
在plc控制系統(tǒng)中常在現(xiàn)場就地進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，利用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將易受干擾的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行傳輸，在接收端再采用光電隔離，以增強(qiáng)其在信號傳輸過程中的抗干擾能力。而模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的安裝位置是實際應(yīng)用中很具體的問題。對于在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場中的應(yīng)用，一是考慮使模/數(shù)轉(zhuǎn)換器遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場，放置于主控室中；二是將模/數(shù)轉(zhuǎn)換器放在生產(chǎn)現(xiàn)場，遠(yuǎn)離主控室，兩者各有利弊。
將模/數(shù)轉(zhuǎn)換器放置于主控室中，便于把模/數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的數(shù)字信息傳送到plc控制系統(tǒng)的處理器中，而plc的控制信息傳送給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器也很方便，因而利于轉(zhuǎn)換器的管理。但由于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場，模擬量傳輸線路過長，分布參數(shù)以及干擾的影響增加，而且易引起模擬信號衰減，直接影響轉(zhuǎn)換器的工作精度和速度。將轉(zhuǎn)換器放置于生產(chǎn)現(xiàn)場，雖然可解決上述問題，但數(shù)字信息傳輸線路過長，也不便于轉(zhuǎn)換器的管理。
在模/數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換器或數(shù)/模（d/a）轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用中，若不采取一定的措施，數(shù)字電路中的高頻振蕩信號就會對模擬電路帶來一定的干擾，影響測量的精度。為了抑制數(shù)字電路對模擬電路帶來的高頻干擾，一般須將模擬地與數(shù)字地分開布線，這種布線方式不能徹底排除來自數(shù)字電路的高頻干擾。要想排除來自數(shù)字電路的高頻干擾，必須把數(shù)字電路與模擬電路隔離開來，常用的隔離方法是在a/d轉(zhuǎn)換器與數(shù)字電路之間加入光電耦合器，把數(shù)字電路與模擬電路隔離開，如圖4（a）所示。但這種電路還不能從根本上解決模擬電路中的干擾問題，仍然存在著一定的缺陷，這是因為信號電路中的共模干擾和差模干擾沒有得到有效的抑制，對于高精密測量的場合還不能滿足要求。對于具有嚴(yán)重干擾的測量場合，可采用圖4（b）所示的電路。在該電路中，對信號接收部分與模擬處理部分也進(jìn)行了隔離，因為在前置處理級與a/d轉(zhuǎn)換器之間加入線性隔離放大器，把信號地與模擬地隔開，同時在a/d轉(zhuǎn)換器與數(shù)字電路之間采用了光電耦合器隔離，把模擬地與數(shù)字地隔開。這樣一來既防止了數(shù)字系統(tǒng)的高頻干擾信號進(jìn)入模擬部分，又阻斷了來自前置電路部分的共模干擾和差模干擾。
圖4 模擬電路與數(shù)字電路的隔離
6．光電隔離
光電隔離是指采用光電耦合器通過半導(dǎo)體發(fā)光二極管（led）的光發(fā)射和光敏半導(dǎo)體（光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等）的光接收來實現(xiàn)信號的傳遞。光電耦合器的輸入阻抗與一般干擾源的阻抗相比較小，因此分壓在光電耦合器輸入端的干擾電壓較小，而且一般干擾源的內(nèi)阻較大，它所能提供的電流并不大，因此不能使發(fā)光二極管發(fā)光。光電耦合器的外殼是密封的，它不受外部光的影響。光電耦合器的隔離電阻很大（約為1012），隔離電容很?。〝?shù)皮法），能阻止電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。只是光電耦合器的隔離阻抗隨著頻率的提高而降低，抗干擾效果也將降低。
光電耦合器件由輸入端的發(fā)光元件和輸出端的受光元件組成，輸入與輸出在電氣上是完全隔離的。其體積小、使用簡便，視現(xiàn)場干擾情況的不同，可以組成各種不同的線路對共模和差模干擾進(jìn)行抑制。
可采用光電耦合器把輸入信號與內(nèi)部電路隔離開來，或者把內(nèi)部輸出信號與外部電路隔離開來，如圖5（a）、（b）所示。
圖5 光電耦合器電路
目前，大多數(shù)光電耦合器件的隔離電壓都在2.5kv以上，有些器件達(dá)到了8kv，既有高壓大電流光電耦合器件，又有高速高頻光電耦合器件（頻率高達(dá)10mhz）。常用的器件有4n25，隔離電壓為5.3kv；6n137，隔離電壓為3kv，頻率在10mhz以上。
光電耦合器應(yīng)用在輸入、輸出端隔離具有線路簡單的特點(diǎn)，由于避免形成地環(huán)路，而輸入與輸出的接地點(diǎn)也可以任意選擇。這種隔離的作用不僅可以用在數(shù)字電路中，也可以用在線性（模擬）電路中。
光電耦合器用于消除噪聲是從兩個方面體現(xiàn)的：一方面是使輸入端的噪聲不傳遞給輸出端，只是把有用的信號傳送到輸出端；另一方面，由于輸入端到輸出端的信號傳遞是利用光來實現(xiàn)的，極間電容很小，絕緣電阻很大，因而輸出端的信號與噪聲也不會反饋到輸入端。
使用光電耦合器時，應(yīng)注意光電耦合器本身具有10～30pf的分布電容，所以頻率不能太高；另外在接點(diǎn)輸入時，應(yīng)注意加rc濾波環(huán)節(jié)，抑制接點(diǎn)的抖動。另外，用于低電壓時，其傳輸距離以100m為限，傳輸速率在10kbit/s以下為宜。
為保證d/a轉(zhuǎn)換器能可靠運(yùn)行，并獲得精確的測量結(jié)果，可將d/a轉(zhuǎn)換器與光電耦合器組合成電—光—電隔離裝置。把d/a轉(zhuǎn)換器放在靠近現(xiàn)場的一側(cè)。為了有效抑制干擾，采用雙套光電耦合器，使得d/a轉(zhuǎn)換器與plc之間的信息交換均經(jīng)過兩次電—光—電的轉(zhuǎn)換。如圖6所示，一套光電耦合器放在d/a轉(zhuǎn)換器一側(cè)，一套光電耦合器放在plc一側(cè)。系統(tǒng)中有三個不同的地端：一是plc與i/o接口的公用地，二是傳輸長線使用的“浮空地”，三是d/a轉(zhuǎn)換器和被控對象公用的“現(xiàn)場地”。采用這種兩次光電隔離的辦法，把傳輸長線隔浮在plc與被控對象之間，不僅有效地消除了公共地線，抑制了由其引進(jìn)的干擾，而且也有利于解決長線驅(qū)動與阻抗匹配的問題，并能保證整個控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
圖6 電—光—電隔離框圖