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    仪器仪表现场应用中的抗干扰分析及解决措施

     摘 要:现场使用中仪器仪表经常会有干扰信号,例如无关的电压或电流信号、仪器仪表工作空间内的电磁干扰等等 , 而这会致使传感器输给上位机假信号。驱动设备也会接受到畸变的信号,使实行机构实行失常。因此 , 大家有必要对仪器仪表抗干扰措施进行研究分析,根据具体仪器仪表的工作原理及其受到外界干扰的作用机理 , 制定切实有效的抗干扰措施 , 以保障其能够正常工作。

     
    1 现场应用中遇到的问题
      在现场应用中,从现场仪表反馈到控制室的仪表信号有波动,不能反映现场真实的数据,现场的蒸汽调节阀要根据现场的温度做相应的调节,压力变送器输出信号要反映反应器内实际的压力,超出设备设计压力会对设备造成严重的损坏,还有可能引起爆炸。不仅影响生产,还会给现场的人员带来危险,经分析发现现场的仪表信号接入的控制柜和旁边几台大功率的电机变频柜并排放置,其中有几台变频器也未设置输出输入电抗器,信号受到旁边柜子大功率设备的干扰,数据产生了波动,经 PLC 输出给调节阀的信号也受到影响,产生了波动。
     
    2 干扰来源的种类及分析
      干扰的来源有很多种途径,通常所说的干扰是指电磁干扰, 电子设备工作过程中间歇或连续性电压电流变化,导致了在不同频率内或者是一个频带间产生电磁能量,而这部分电磁能量会通过相应的电路辐射和传导到周围的环境中,从而对周围的仪表设备产生干扰。另外现场的热噪声、温升效应、化学反应、机械振动等也可能给测量带来影响,产生一定的干扰。所以在测量过程中,要求显示仪表有良好的动态性能的同时,也要排除这些干扰造成的影响,否则仪表就会反馈不正确的信号,误导生产。
      (1)按产生干扰来源分:可分为内部干扰和外部干扰。
      内部干扰有:在仪表内部,一些开关电源,还有仪表的布线方式等也均可能成为干扰源。
      外部干扰有:在仪表外部,一些功率比较大的用电设备以及电力设备等都可能成为干扰源。
      通常干扰源有多种,它们在仪表内外部都可能存在。
      (2)按仪表输入输出端干扰作用形式分:可分为串模干扰和共模干扰。
      1)串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰 , 串模干扰来源一般是周围较强的交变磁场,仪器的低电平信号受到周围交变磁场影响而产生交流电动势形成的干扰,串模干扰与被测信号同时在线路上传输,这种干扰一般较难消除掉,可以采取以下措施防止串模干扰的产生。
      a) 双绞线。对于来自空间电磁耦合所产生的串模干扰,可以采用双绞线,双绞线能使信号线回路所包围的面积大为减少,并使各个小环路的感应电势互相抵消,减少电磁感应。
      b) 静电屏蔽。在静电场的作用下,导体内部各点的电位是相等的,为了 防止受到电磁场的干扰,必须对信号源和接收设备做到良好的屏蔽,隔断电磁场的耦合。为了信号的稳定,最好使用带屏蔽的电缆线把仪表信号接入控制室,尤其是现场设备距离控制室距离较远时,如果现场环境干扰较强,可使用双层屏蔽电缆。
      c) 信号滤波。对于速度变化缓慢的直流信号,在仪表的输入端加入滤波电路,通常,这一点在仪表的电路设计过程中就已经考虑了。也可以在控制程序里加相应的算法来滤波,消除掉一些偏离正常值的离散信号。
      2)对于外供电的仪表,由于信号源侧与输入端侧的系统地的接地点不同,必然会存在系统地电位的差异。电网系统引入的共模干扰主要是指通过供电线路的阻抗耦合产生的对电源的干扰。由于不同地之间存在共模电压,各个接地点电位分布不均,不同接地点间存在地电位差,引起地环路电流,因此抑制共模干扰就要把不同的地隔离开来,使之不能形成回路。可以采用变压器隔离,光电耦合隔离,浮地屏蔽等方式。
     
    3 解决措施及注意事项
      仪表中的接地线没有接好导致了仪表数据的波动,把屏蔽线依次接好,解决了数据的跳动,在此项目中压力是一个很重要的指标,在设备上也设有安全阀作保护,把压力变送器的反馈信号采取了隔离输入后接入 PLC 中,大家采用了上海晨竹仪表厂生产的 CZ2047 隔离器,这款隔离器厚度仅为 7.6mm, 节省空间,低功耗的设计,可保证密集安装可靠运行,DIN35 标准导轨安装,一进一出,两线制,四线制,电流源 4-20mA,都可以用,在此项目中现场仪表通过此隔离器与 PLC 连接,采用四线制的接法,解决了信号波动的问题。
      通过现场发现的问题,看到要预防和抑制干扰的产生,在设计和仪表选型的过程中,尽量选择抗干扰能力强的仪表和电气元器件。了解仪表设备厂家产品的共模抑制比,串模抑制比,耐压性能等参数。在选用大功率的变频器时应在变频器的电源输入端加输入电抗器,在变频器的输出端加输出电抗器。减少耦合到周围环境设备的干扰,其次是在安装时应注意的问题:
      仪表控制柜与大功率的电机柜不要相邻放置,但是通常为了便于管理和操作,控制柜都集中放在控制室,那么就需要在控制柜之间采取相应的隔离措施。
      仪表地线、保护地线和屏蔽地线应该分别接地后引入控制室,总接地必须是一个单独的系统,而且要满足接地电阻小于 4Ω,与厂区的电网接地的距离也应相隔 5 米以上。
      传输信号的时候,信号种类不同,电缆的选择和铺设方式也不同,应按传输信号种类分层敖设在不同的桥架,不与动力电缆平行布线,电缆屏蔽层必须一点接地,如果电缆屏蔽层两端都接地,就存在地电位差,有电流流过屏蔽层,当发生异常状态如雷击时,地线电流将更大。检测信号线的屏蔽层应在显示仪表侧接地。控制信号线的屏蔽层应在被控单元处接地。
     
    4 总结
      在现场应用中,由于动力线和仪表线未分开走线,或者现场有大功率的设备等等因素,都有可能对仪表产生干扰,而且干扰并不是单一存在,经常叠加在一起造成了反馈的数据波动,测量数据不准确,有一些重要的数据还会对产品的质量起到决定性的影响,所以一定要采取措施,消除掉干扰因素。
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