儀器儀表現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中的抗干擾分析及解決措施

郭紅

摘 要：現(xiàn)場(chǎng)使用中儀器儀表經(jīng)常會(huì)有干擾信號(hào)，例如無(wú)關(guān)的電壓或電流信號(hào)、儀器儀表工作空間內(nèi)的電磁干擾等等，而這會(huì)致使傳感器輸給上位機(jī)假信號(hào)。驅(qū)動(dòng)設(shè)備也會(huì)接受到畸變的信號(hào)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行失常。因此，我們有必要對(duì)儀器儀表抗干擾措施進(jìn)行研究分析，根據(jù)具體儀器儀表的工作原理及其受到外界干擾的作用機(jī)理，制定切實(shí)有效的抗干擾措施，以保障其能夠正常工作。

關(guān)鍵詞：儀表；干擾源；消除措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.240

1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中遇到的問(wèn)題

在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，從現(xiàn)場(chǎng)儀表反饋到控制室的儀表信號(hào)有波動(dòng)，不能反映現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)的蒸汽調(diào)節(jié)閥要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的溫度做相應(yīng)的調(diào)節(jié)，壓力變送器輸出信號(hào)要反映反應(yīng)器內(nèi)實(shí)際的壓力，超出設(shè)備設(shè)計(jì)壓力會(huì)對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重的損壞，還有可能引起爆炸。不僅影響生產(chǎn)，還會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)的人員帶來(lái)危險(xiǎn)，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的儀表信號(hào)接入的控制柜和旁邊幾臺(tái)大功率的電機(jī)變頻柜并排放置，其中有幾臺(tái)變頻器也未設(shè)置輸出輸入電抗器，信號(hào)受到旁邊柜子大功率設(shè)備的干擾，數(shù)據(jù)產(chǎn)生了波動(dòng)，經(jīng)PLC輸出給調(diào)節(jié)閥的信號(hào)也受到影響，產(chǎn)生了波動(dòng)。

2 干擾來(lái)源的種類(lèi)及分析

干擾的來(lái)源有很多種途徑，通常所說(shuō)的干擾是指電磁干擾， 電子設(shè)備工作過(guò)程中間歇或連續(xù)性電壓電流變化，導(dǎo)致了在不同頻率內(nèi)或者是一個(gè)頻帶間產(chǎn)生電磁能量，而這部分電磁能量會(huì)通過(guò)相應(yīng)的電路輻射和傳導(dǎo)到周?chē)沫h(huán)境中，從而對(duì)周?chē)膬x表設(shè)備產(chǎn)生干擾。另外現(xiàn)場(chǎng)的熱噪聲、溫升效應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)、機(jī)械振動(dòng)等也可能給測(cè)量帶來(lái)影響，產(chǎn)生一定的干擾。所以在測(cè)量過(guò)程中，要求顯示儀表有良好的動(dòng)態(tài)性能的同時(shí)，也要排除這些干擾造成的影響，否則儀表就會(huì)反饋不正確的信號(hào)，誤導(dǎo)生產(chǎn)。

（1）按產(chǎn)生干擾來(lái)源分：可分為內(nèi)部干擾和外部干擾。

內(nèi)部干擾有：在儀表內(nèi)部，一些開(kāi)關(guān)電源，還有儀表的布線方式等也均可能成為干擾源。

外部干擾有：在儀表外部，一些功率比較大的用電設(shè)備以及電力設(shè)備等都可能成為干擾源。

通常干擾源有多種，它們?cè)趦x表內(nèi)外部都可能存在。

（2）按儀表輸入輸出端干擾作用形式分：可分為串模干擾和共模干擾。

1）串模干擾是指疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾，串模干擾來(lái)源一般是周?chē)^強(qiáng)的交變磁場(chǎng)，儀器的低電平信號(hào)受到周?chē)蛔兇艌?chǎng)影響而產(chǎn)生交流電動(dòng)勢(shì)形成的干擾，串模干擾與被測(cè)信號(hào)同時(shí)在線路上傳輸，這種干擾一般較難消除掉，可以采取以下措施防止串模干擾的產(chǎn)生。

a）雙絞線。對(duì)于來(lái)自空間電磁耦合所產(chǎn)生的串模干擾，可以采用雙絞線，雙絞線能使信號(hào)線回路所包圍的面積大為減少，并使各個(gè)小環(huán)路的感應(yīng)電勢(shì)互相抵消，減少電磁感應(yīng)。

b）靜電屏蔽。在靜電場(chǎng)的作用下，導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)的電位是相等的，為了 防止受到電磁場(chǎng)的干擾，必須對(duì)信號(hào)源和接收設(shè)備做到良好的屏蔽，隔斷電磁場(chǎng)的耦合。為了信號(hào)的穩(wěn)定，最好使用帶屏蔽的電纜線把儀表信號(hào)接入控制室，尤其是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備距離控制室距離較遠(yuǎn)時(shí)，如果現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境干擾較強(qiáng)，可使用雙層屏蔽電纜。

c）信號(hào)濾波。對(duì)于速度變化緩慢的直流信號(hào)，在儀表的輸入端加入濾波電路，通常，這一點(diǎn)在儀表的電路設(shè)計(jì)過(guò)程中就已經(jīng)考慮了。也可以在控制程序里加相應(yīng)的算法來(lái)濾波，消除掉一些偏離正常值的離散信號(hào)。

2）對(duì)于外供電的儀表，由于信號(hào)源側(cè)與輸入端側(cè)的系統(tǒng)地的接地點(diǎn)不同，必然會(huì)存在系統(tǒng)地電位的差異。電網(wǎng)系統(tǒng)引入的共模干擾主要是指通過(guò)供電線路的阻抗耦合產(chǎn)生的對(duì)電源的干擾。由于不同地之間存在共模電壓，各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，因此抑制共模干擾就要把不同的地隔離開(kāi)來(lái)，使之不能形成回路?？梢圆捎米儔浩鞲綦x，光電耦合隔離，浮地屏蔽等方式。

3 解決措施及注意事項(xiàng)

儀表中的接地線沒(méi)有接好導(dǎo)致了儀表數(shù)據(jù)的波動(dòng)，把屏蔽線依次接好，解決了數(shù)據(jù)的跳動(dòng)，在此項(xiàng)目中壓力是一個(gè)很重要的指標(biāo)，在設(shè)備上也設(shè)有安全閥作保護(hù)，把壓力變送器的反饋信號(hào)采取了隔離輸入后接入PLC中，我們采用了上海晨竹儀表廠生產(chǎn)的CZ2047隔離器，這款隔離器厚度僅為7.6mm，節(jié)省空間，低功耗的設(shè)計(jì)，可保證密集安裝可靠運(yùn)行，DIN35標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，一進(jìn)一出，兩線制，四線制，電流源4-20mA，都可以用，在此項(xiàng)目中現(xiàn)場(chǎng)儀表通過(guò)此隔離器與PLC連接，采用四線制的接法，解決了信號(hào)波動(dòng)的問(wèn)題。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，看到要預(yù)防和抑制干擾的產(chǎn)生，在設(shè)計(jì)和儀表選型的過(guò)程中，盡量選擇抗干擾能力強(qiáng)的儀表和電氣元器件。了解儀表設(shè)備廠家產(chǎn)品的共模抑制比，串模抑制比，耐壓性能等參數(shù)。在選用大功率的變頻器時(shí)應(yīng)在變頻器的電源輸入端加輸入電抗器，在變頻器的輸出端加輸出電抗器。減少耦合到周?chē)h(huán)境設(shè)備的干擾，其次是在安裝時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：

儀表控制柜與大功率的電機(jī)柜不要相鄰放置，但是通常為了便于管理和操作，控制柜都集中放在控制室，那么就需要在控制柜之間采取相應(yīng)的隔離措施。

儀表地線、保護(hù)地線和屏蔽地線應(yīng)該分別接地后引入控制室，總接地必須是一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)，而且要滿(mǎn)足接地電阻小于4Ω，與廠區(qū)的電網(wǎng)接地的距離也應(yīng)相隔5米以上。

傳輸信號(hào)的時(shí)候，信號(hào)種類(lèi)不同，電纜的選擇和鋪設(shè)方式也不同，應(yīng)按傳輸信號(hào)種類(lèi)分層敖設(shè)在不同的橋架，不與動(dòng)力電纜平行布線，電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端都接地，就存在地電位差，有電流流過(guò)屏蔽層，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí)，地線電流將更大。檢測(cè)信號(hào)線的屏蔽層應(yīng)在顯示儀表側(cè)接地?？刂菩盘?hào)線的屏蔽層應(yīng)在被控單元處接地。

4 總結(jié)

在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，由于動(dòng)力線和儀表線未分開(kāi)走線，或者現(xiàn)場(chǎng)有大功率的設(shè)備等等因素，都有可能對(duì)儀表產(chǎn)生干擾，而且干擾并不是單一存在，經(jīng)常疊加在一起造成了反饋的數(shù)據(jù)波動(dòng)，測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，有一些重要的數(shù)據(jù)還會(huì)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量起到?jīng)Q定性的影響，所以一定要采取措施，消除掉干擾因素。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉仁等.儀表應(yīng)用中的抗干擾措施[J].石油化工自動(dòng)化，2006（02）：87-98.

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