自控儀表系統的防干擾策略

梁宇辰

（吉林省石油化工設計研究院，吉林長春 130021）

自動化、智能化系統的安裝過程中都會使用自控儀表系統，實時檢查其工作狀態，將相關數據反饋給自動化、智能化系統，并制定控制策略，從而保證生產的安全性和持續性。但是自動控制儀表的類型，根據其監測目標的不同具有較大的差別，如常見的電流、電壓監控、溫度、光源監控，而不同類型的質控儀表系統，其工作的環境受到干擾因素的影響也有較大的差別，為了確保生產質量，并有效降低自動控制儀表對生產進程所帶來的影響，需要對自控儀表系統受到干擾的類型以及產生的原因進行有效的研究。

1 自控儀表系統的干擾類型以及產生原因

1.1 電磁干擾

電磁干擾是自控儀表系統面臨的主要干擾因素，其在工作的過程中，受到系統中電流、電壓、電磁力等多方面的影響，對其正常工作帶來影響。例如在儀表工作的過程中，雷電、太陽電磁波對自控儀表系統的正常工作帶來電離，或者產生空間定位的快速變化，這些干擾會進一步引起放電干擾現象。如電暈放電干擾，在高壓功率的輸電線路、大功率互感器設備的工作過程中可能產生，并帶來短時的脈沖電流，脈沖電流會對自控儀表系統帶來直接的影響，引起電刷間的放電、線路導電等[1]。同時，在電氣設備工作的過程中，如電視、廣播會發射無線電波，對臨近的電子設備產生干擾。無線電波所造成的干擾主要由工頻干擾和感應干擾組成，工頻干擾通常為大功率電線及無線電接收的過程中，通過傳輸線路耦合產生干擾。感應干擾則是在使用電子開關、脈沖發生器時，由于電流、電壓的極速變化，形成瞬時的過電流、過電壓，從而造成高次諧波分量，進而在電氣設備的周邊產生交流電磁場，對自控儀表系統的工作效果帶來不良的影響。

1.2 機械干擾

機械干擾是在使用的過程中，由于設備的機械振動、沖擊，或者因為設備的搬運等原因，使自控儀表系統中的元件或者設備中的元件發生抖動、松脫等位移、變形現象。在遇到這種問題時，自控儀表系統的工作精度會受到干擾，從而造成測量結果的不正常。機械干擾在工業生產的過程中比較常見。由于工業生產會采用大型機械設備，設備中的電機等元件會在運行的過程中產生極大的振動，從而導致機械干擾現象的產生[2]。此外，由于地震等特殊原因所造成的振動，也可能對自控儀表系統中的元件帶來不良的影響，在元件出現位移、脫落等的情況下，其工作的精準度、可靠性都會受到影響，進而導致最終的測量結果出現誤差的現象。

1.3 熱干擾

自控儀表系統的工作環境較為復雜，在溫度較高的環境中，設備與元部件之間的溫度波動、溫度變化會對其物理性質帶來影響，從而引起儀表或者裝置的電路元件產生參數變化，導致其在工作的過程中無法精準地測量數值[3]。此外，在自控儀表系統工作的過程中，由于外部的客觀條件可能會導致系統出現附加電勢等現象，該問題會導致自控儀表系統的工作溫度快速上升，對其工作狀態帶來不良的影響，使數值的精準度、自控儀表系統的工作穩定性受到干擾。

1.4 光干擾

自控儀表系統中采用大量的半導體元件，以提升自控儀表系統的自動化水平和測量的精準性。在光線條件的干擾下，半導體元件的工作性能、穩定性會產生較大的變化。例如，一些半導體會因為光的作用引起組織的變化，其性能也會有所下降。在檢測的過程中，性能下降的半導體會對自控儀表系統的工作精準度帶來影響，使其無法正常工作。

1.5 濕度干擾

自控儀表工作環境在濕度較高的情況下，絕緣體的絕緣性能會有所下降，在高電壓元件的工作過程中，濕度較高可能會導致擊穿現象的產生，會損壞自控儀表系統，對其工作效果帶來影響[4]。例如空氣中的濕度會導致絕緣電阻下降，從而產生漏電流，并且空氣濕度較高的時候，電介質的介電系數比較高，電容量增加，很容易產生電感反應和擊穿現象。此外應變片在粘貼后，空氣濕度的影響下會導致其膠質變軟，進而在使用過程中測量的精準度會產生較大的變化。

1.6 化學干擾

自控儀表系統工作環境中存在酸、堿、鹽等具有腐蝕性的化學材料，會與自控儀表系統中的元件產生化學反應，在腐蝕、損壞設備元器件的情況下，自控儀表系統無法正常工作。同時在與金屬導體產生化學反應時，會改變金屬導體的性質，并引起化學電動勢現象，最終對自控儀表系統的正常工作狀態帶來不良的影響。

1.7 輻射干擾

輻射波在現代日常生活中比較常見，短時的強電磁波、射線會導致自控儀表系統周邊的環境產生氣體電離，并對自控儀表系統的金屬元件帶來不良的影響，使其溢出電子產生信號的波動，從而對自控儀表系統的工作狀態帶來不良的影響。

2 常用的自控儀表系統抗干擾策略

2.1 電源控制

確保自控儀表系統工作狀態的穩定性，通常情況下應當采用單獨的電源為自控儀表系統進行供電，使其工作在較為穩定的電壓、電流環境中，并在發生異常時及時切斷電路，以保護自控儀表系統。在生產的過程中應當采用安裝變壓器的形式，為自控儀表系統進行隔離供電，使其與生產系統的強電區進行有效的分離，并采用專用的接地系統，確保自控儀表系統工作在正常的狀態下[5]。此外，還可以在電源控制的過程中，使用過濾器以減少電路中存在的諧波和電波。并在此基礎上，進一步控制自控儀表系統線路的穩定性，避免強電壓、強電流在電路系統中出現。并做好對電源系統的定期檢查工作，確保電源系統中的各元件在絕緣性、接地性、電流/電壓的穩定性等方面具有良好的工作狀態，從而提升自控儀表系統的工作穩定性，并降低因電源原因所帶來的干擾現象。

2.2 浮空接地

在自控儀表系統的安裝過程中，連接信號放大器的公共線路不接機殼、不接大地，使其呈現浮空的狀態，從而有效抑制信號源所帶來的干擾現象。由于信號放大器本身擁有相互絕緣的屏蔽層，在不接地、不接機殼的情況下，測量系統與屏蔽層之間沒有直接的聯系，使其不會產生電位差，在系統工作的過程中也不會因為電位差而導致過電壓的出現，從而對干擾現象進行有效的抑制。浮空處理的方式可以有效減少干擾電流對測量系統所造成的影響，在浮空處理的過程中，可以有效增加信號放大器與公共線路、接地線路之間的阻抗，從而避免干擾電流對測量系統所帶來的影響。但這種浮空狀態并不能完全解決干擾電流的影響，雖然浮空狀態下的阻抗較高，但依然存在一定的寄生電容，所以還是可能存在漏電干擾的現象。在選擇接地處理的過程中，可以通過安全接地、信號接地等方式來降低噪聲干擾，同時確保自控儀表系統在遇到高電壓、高電流時，可以通過接地線路對其進行有效的保護。在接地處理的過程中，一定要重視接地線路的完整性，避免因絕緣包裹出現破損而造成的多點接地現象。多點接地現象會產生干擾信號，對自控儀表系統的信號帶來波動，從而導致測量問題的出現[6]。

2.3 環境優化

可以對自控儀表系統的工作環境進行有效的監測，對環境中的溫度、濕度、電壓、光照等情況進行有效的監測，確保自控儀表系統工作在較為穩定的環境當中。同時，在安裝、調試自控儀表的過程中，一定要穿戴好工作服并重視防靜電處理，避免外界環境影響對自控儀表系統工作狀態所帶來的不良影響，同時還需要建立良好的避震、避雷處理工作，避免自控儀表系統在工作過程中因為相關的原因而帶來的測量波動，從而全面提升自控儀表系統的抗干擾能力。

2.4 屏蔽隔離

在自控儀表系統安裝的過程中，可以采用導電較好、抗輻射性能較高的金屬材料作為屏蔽層，利用其在工作過程中較好的抗磁場干擾能力，確保自控儀表系統的正常工作。導電性較好的金屬材料，在其工作的過程中外部的高頻干擾電磁場會與其進行同步工作，并在金屬屏蔽層中產生渦流磁場，從而抵消外部電磁干擾對自控儀表系統所帶來的不良影響。同時還可以將金屬屏蔽層進行接地處理，使其能夠有效切斷外部產生的干擾噪聲通道。通常情況下，現階段自控儀表系統最常用的屏蔽隔離方式有變壓器隔離方式和光電耦合器隔離方式。

2.5 濾波抑制

在自控儀表系統中安裝濾波器是抗干擾的重要手段，特別是對于電路中產生的各種干擾因素，可以使用濾波器對干擾噪聲的頻率分布進行有效的過濾，提升信噪比，從而避免干擾噪聲對自控儀表系統所帶來的影響[7]。由于在實際運用的過程中不同的濾波器起到的作用也有較大的差別，其使用經常采取與干擾噪聲對稱的濾波器對其進行過濾。例如，在直流電源輸出濾波器的使用過程中，由于通常在自控儀表系統公用的線路，加裝去耦濾波器，可以避免多個回路在使用過程中所產生的相互干擾現象，同時也可以對每個回路的電流進行控制，并采用濾波器來降低各個回路之間的干擾。

3 某企業自控儀表系統的抗干擾處理實例

3.1 干擾現象

某企業在生產過程中自控儀表系統出現多次信號擾動現象，該現象呈現不規則的波動，數據的變化波動較大，與實際的信號參數值不吻合，且產生干擾的現象是不規則沒有規律的。在DCS 對其進行控制的過程中，存在多次信號中斷的現象，但由于工作人員缺乏對應的技術能力，并沒有對其進行有效的抗干擾改造。同時系統的工作環境中存在較多的電氣設備，而系統所輸出的弱電信號極易受到周邊電氣設備電磁干擾的影響，且系統中并沒有采取有效的抗電磁干擾處理，導致信號失真現象比較常見。

3.2 原因分析

由于該系統工作環境中大功率的電氣設備較多，且各種信號電纜存在一起捆扎的現象，使其在運行的過程中可能存在相互干擾現象。同時，自控儀表系統的信號線與交流電線都埋設在同一個管道中，導致相互干擾的現象較為頻繁。

另外對其干擾類型的分析主要為噪聲干擾和電磁干擾。由于電荷劇烈移動的過程中，對該系統的信號帶來不良的影響；由于其采用的配電器隔離性能較差，在供電的過程中，可能產生共模電壓對測量信號、元器件的工作狀態帶來不良的影響。

因此，干擾該系統正常工作的主要因素是由以下內容組成：①空間輻射干擾。在使用的過程中，由于電力網絡、周邊大功率電氣設備所產生的高頻電磁場對其造成輻射干擾；②采用DCS 通信網絡在傳輸的過程中，由于電磁場的變化而產生干擾；③系統外的線路干擾。電源混用、信號線路與交流線路共用管道，所導致的相關干擾現象。

3.3 抗干擾處理

（1）采用隔離技術對該系統的工作環境進行有效的隔離，切斷外部電磁波所帶來的干擾現象。采用光電隔離措施，避免小能量、弱信號回路遭受外部電磁場的干擾。并采用繼電器對強弱電之間的噪聲進行有效的處理。

（2）改造該系統的電源。①為該系統提供獨立電源，并采用一定的隔離措施來降低電源對其所帶來的干擾；②使用分布電容較小、抑制帶較大的穩壓電源，從而減少電源給該系統所帶來的影響。③進一步完善接地和屏蔽措施，將數字和模擬電路的工作地浮空，從而抑制DCS 可能帶來的干擾現象。并避免接地過程中的多點接地現象，將信號線路與電源線路進行隔離。

4 結束語

綜上所述，自控儀表系統的工作環境較為復雜，干擾其正常工作的原因較多，因此需要對自控儀表系統的干擾現象以及干擾原因進行全面的掌握，并根據導致干擾的主要原因來采取對應的抗干擾策略，從而避免干擾因素對測量結果、工作穩定性所帶來的影響。