關(guān)于儀器儀表現(xiàn)場應(yīng)用中的抗干擾分析及解決措施探討

李永前

內(nèi)蒙古中盛科技集團(tuán)有限公司 內(nèi)蒙古自治區(qū) 阿拉善盟 750300

引言

儀器儀表是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的主要設(shè)備，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各類工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域儀器儀表在種類上和技術(shù)上都有了顯著的提高。在信息化技術(shù)逐漸提升的時代，智能儀器儀表的出現(xiàn)為工業(yè)生產(chǎn)提供了良好的基礎(chǔ)條件[1]。儀器儀表在使用過程中由于客觀條件的影響容易受到外界因素的干擾，這些干擾因素給儀器儀表帶來了損害，造成了儀器儀表精度的不準(zhǔn)確。在工業(yè)生產(chǎn)過程中強(qiáng)調(diào)儀器儀表的準(zhǔn)確性，必須要實施儀器儀表抗干擾操作，使儀器儀表能夠為工業(yè)生產(chǎn)提供良好的數(shù)據(jù)，為工業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行提供技術(shù)上的保障。

1 儀器儀表現(xiàn)場應(yīng)用干擾的主要因素

在現(xiàn)場應(yīng)用中，儀器儀表主要負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)。但是，在應(yīng)用過程中受各種來源的影響，儀器儀表在傳輸數(shù)據(jù)的過程中容易遭受無關(guān)信號的影響，這些影響因素既來源于客觀條件也來源于設(shè)備本身存在的問題，分析儀器儀表更好的來源需要從多方面進(jìn)行考量。

1.1 電磁感應(yīng)

工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的設(shè)備較多，在現(xiàn)實應(yīng)用中，儀器儀表工作的位置附近一般都安有大功率的變壓器、交流電動機(jī)和高壓電網(wǎng)等這些電磁感應(yīng)會造成儀器儀表產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾，這些電磁干擾會在經(jīng)過儀表內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢，儀表正常工作受到損害。儀器儀表在現(xiàn)場應(yīng)用過程中經(jīng)常會受到干擾，不相干的電壓或電流信號造成儀器儀表的電磁干擾。這種干擾會造成錯誤的假信號，影響驅(qū)動設(shè)備工作[2]。在對儀器儀表抗干擾措施研究中需要根據(jù)具體儀器儀表的工作原理和外界干擾機(jī)理制定相關(guān)的解決措施。儀器儀表干擾來源于多種途徑，其中電磁干擾是主要存在的問題，電子設(shè)備在工作過程中存在間歇或者連續(xù)性的電壓電流變化，在不同的頻率內(nèi)或者是一個頻帶間產(chǎn)生電磁能量，這部分能量會通過電路輻射傳導(dǎo)到周圍環(huán)境中，對儀表造成干擾。現(xiàn)場的噪聲溫升等變化也會給測量帶來影響。在測量過程中儀表的性能需要通過動態(tài)反應(yīng)確定，如果儀表反饋信息不正確就容易造成信號錯誤，誤導(dǎo)生產(chǎn)進(jìn)行。 抗干擾來源中既有內(nèi)部干擾也有外部干擾。內(nèi)部干擾通常在儀表內(nèi)部表現(xiàn)在開關(guān)電源和儀表布線方式存在干擾。外部干擾通常是儀表外部受一些功率較大的用電設(shè)備影響稱為干擾源。 干擾位既可以存在儀表內(nèi)部，也可以存在儀表外部。根據(jù)儀表輸入輸出端形成的干擾，可分為串模干擾和共模干擾。串模干擾是指疊加的信號干擾，一般是周圍的交變磁場帶來的反應(yīng)儀器，低電平信號受到周圍磁場變化，產(chǎn)生交流電形成干擾。串模干擾在被測信號在同一個線路上，這種干擾很難消除。需要采用雙絞線模式及空間電磁耦合產(chǎn)生的串模干擾。采用雙絞線使信號回路包圍的面積減少，使各個小環(huán)路感應(yīng)電勢相互抵消，也可以采用靜電屏蔽的方法，在靜電場作用下導(dǎo)致點各點的電位相等，為防止干擾，對信號源接受準(zhǔn)備做良好的屏蔽，阻斷電磁產(chǎn)耦合。在屏蔽過程中，電纜線儀表信號接入控制是有效控制距離較遠(yuǎn)的設(shè)備，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境干擾使用雙層屏蔽電纜。

1.2 靜電感應(yīng)

靜電感應(yīng)一般發(fā)生在儀器儀表信號導(dǎo)線存在問題時動力線無法平衡，儀表的兩根信號線上產(chǎn)生的感應(yīng)電勢不同，從而形成了儀器儀表的干擾，這種干擾是動力線與儀表兩根信號線之間的距離不對等，儀表的兩根信號線上產(chǎn)生電位差，信號線回路在電流作用下形成了干擾。靜電感應(yīng)是儀器儀表受干擾因素中的普遍因素[3]。特別是在設(shè)備陳舊的工廠中容易發(fā)生這個問題。靜電感應(yīng)在外電場的作用下導(dǎo)體中電荷重新分布，這種情況下，導(dǎo)體內(nèi)部的電荷重新分布會引起儀器的損害，金屬物體內(nèi)部電子一項表面帶有接近其他物體時產(chǎn)生相反的電荷就會形成放電現(xiàn)象，不利于儀器表正常運轉(zhuǎn)。

1.3 振動

工業(yè)生產(chǎn)中一些設(shè)備在工作過程中會伴隨著一定幅度的振動，這樣的振動會造成儀器儀表導(dǎo)線出現(xiàn)振動，導(dǎo)線出現(xiàn)振動以后，在磁場上就會發(fā)生感應(yīng)電動，容易造成儀表正常工作受到干擾。特別是大型工廠中工業(yè)儀器儀表設(shè)備較多，一旦產(chǎn)生震動就容易形成不同幅度的感應(yīng)，這種情況下會形成儀器儀表之間的連接。這種情況容易導(dǎo)致儀器儀表受到各種“場”的影響，振動的產(chǎn)生不利于儀器儀表保持穩(wěn)定的狀態(tài)，在發(fā)展過程中，容易導(dǎo)致儀器儀表受不良因素的影響，振動的產(chǎn)生是不可避免的，因此，在儀器儀表保養(yǎng)過程中應(yīng)該強(qiáng)調(diào)震動幅度的管理，避免出現(xiàn)震動，造成儀器儀表傷害。

1.4 接地系統(tǒng)

在現(xiàn)場應(yīng)用中，儀器儀表的回路存在多個接地點，接地點中電位是不相同的，如果安裝在大功率的用電設(shè)備中，儀表上的表現(xiàn)得更加不同。接地點之間存在著電位差，如果儀表本身絕緣性不強(qiáng)，那么，電位差就容易通過導(dǎo)線作用在儀表上，儀表不能夠正常工作，受接地系統(tǒng)的干擾，儀器儀表特別是多點位操作中更加容易出現(xiàn)一些應(yīng)激障礙，不利于工業(yè)生產(chǎn)順利進(jìn)行。接地的影響在工業(yè)儀器儀表中是常見的問題，一旦接地系統(tǒng)不良就容易導(dǎo)致管理中出現(xiàn)問題。儀器表的多個接地點之間存在電位差，這種電位差容易導(dǎo)致絕緣不強(qiáng)，在接地系統(tǒng)的問題中也是不容易被發(fā)現(xiàn)的問題，儀器儀表的管理容易造成接地系統(tǒng)存在問題。

2 儀器儀表抗干擾的相關(guān)措施

工業(yè)生產(chǎn)中抗干擾措施包含了多個類型，一般是以消除或抑制干擾源和破壞干擾作用以及降低儀表的干擾信號的敏感性為主，在措施中要采用積極主動的適合工業(yè)生產(chǎn)實際情況的方式解決干擾源的問題，也要消除干擾源存在的影響，有些應(yīng)用中采用綜合措施來達(dá)到抑制干擾的目的。

2.1 信號導(dǎo)線的扭絞

在工業(yè)生產(chǎn)中，將信號導(dǎo)線扭絞合并，可以有效減少磁場或電場的干擾，避免造成串模干擾，扭絞在一起的導(dǎo)線與干擾空間存在巨大距離，避免不同導(dǎo)線之間產(chǎn)生的電位差，這種方式降低了信號回路包圍的面積，具有抗干擾的積極作用[4]。信號導(dǎo)線扭絞是解決干擾的主要方式，這種方式是通過物理導(dǎo)線之間的控制來實現(xiàn)電位差的平衡，能夠在很大程度上解決問題。

2.2 屏蔽措施

采用屏蔽的方式主要是對干擾信號進(jìn)行阻隔，在信號導(dǎo)線外包上金屬網(wǎng)或者鐵磁材料，在工業(yè)生產(chǎn)中儀表安裝的環(huán)境經(jīng)常存在著各種問題，這些問題無法進(jìn)行消除，在應(yīng)用屏蔽措施以后降低了干擾影響，儀表設(shè)計和生產(chǎn)階段可以采用屏蔽式電纜實現(xiàn)對各種磁場的阻隔，隔斷屏蔽的方式是廣泛應(yīng)用的模式，在工業(yè)生產(chǎn)中運用屏蔽的方式，低成本、高效率，能夠有效解決電磁波輻射問題。在很多工廠中，都是采用屏蔽的方式來解決信號干擾屏蔽的方式，解決過程中設(shè)計更加完整，效果更長久。儀器儀表中采用屏蔽的方式也能夠?qū)崿F(xiàn)長期的應(yīng)用，采用屏蔽的方式設(shè)備管理更加便捷，儀器儀表的保護(hù)能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)控，這是從設(shè)備控制上進(jìn)行的抗干擾操作。

2.3 濾波設(shè)計

儀器儀表現(xiàn)場應(yīng)用中，控制室儀器信號存在波動現(xiàn)象。現(xiàn)場真實數(shù)據(jù)被掩蓋，需要查找輸出信號是否存在真實數(shù)據(jù)。如果超出設(shè)備壓力會對設(shè)備造成損壞，可能會引起爆炸。經(jīng)過查找分析儀表信號接入控制柜和大功率的電機(jī)變頻柜中，其中有幾臺變頻器沒有設(shè)置輸入輸出，電抗器信號受到大功率設(shè)備干擾，數(shù)據(jù)產(chǎn)生差異。經(jīng)過PCL輸給調(diào)節(jié)閥的信號產(chǎn)生波動。濾波模式對于速度變化的直流信號有重要的作用，可以在控制程序里加入相應(yīng)的算法來濾掉相應(yīng)的離散信號。濾波是對儀器儀表正常情況干擾信號進(jìn)行磁場的削弱，這種方式有利于工業(yè)生產(chǎn)中干擾信號速率較慢的應(yīng)用，在儀器儀表設(shè)計階段考慮到測試的應(yīng)用，無須進(jìn)行二次疊加應(yīng)用。采用濾波的方式能夠有效地減少電磁波的幅度，有利于在應(yīng)用過程中實施整體上的設(shè)計。

2.4 科學(xué)布線

外供電儀表由于輸入端系統(tǒng)側(cè)重點不同，在不同的系統(tǒng)里存在電位差異。共模干擾主要是通過供電線路的阻抗耦合實現(xiàn)對電源的干擾，在不同地區(qū)之間共模電壓各個節(jié)點分布不同，就要把不同的位置隔離開來，使電位分布均勻，以此來抑制共模干擾，使之不能形成回路，采用變壓器隔離、光電耦合、隔離、屏蔽等方式[5]。在現(xiàn)場應(yīng)用中布線措施不同，信號線需要獨立設(shè)置，其中動力電纜和其他導(dǎo)線只能形成隔離，這種積極主動的抗干擾方式在很多工業(yè)應(yīng)用場合中都取得了良好的成績，通過電腦路徑來布線，要給工廠設(shè)計帶來了便利，同時信號導(dǎo)線干擾較輕。在工廠設(shè)計階段可以通過采用信號導(dǎo)線和專業(yè)電纜分層布線的方案，有效降低電纜的干擾，影響?yīng)毩⒉季€方式，有利于新工廠建設(shè)從根本上解決電磁波干擾問題。

2.5 實時更換老化和損壞的電纜

工業(yè)生產(chǎn)中一些電纜存在老化問題，如果不進(jìn)行更換，就容易對儀器表信號造成損害，老化損壞的電纜要及時更換以解決設(shè)備的應(yīng)用問題。特別是在老舊工廠中，儀器儀表中電纜線老化容易造成重大的安全隱患，不利于工業(yè)生產(chǎn)順利進(jìn)行。在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的問題中，預(yù)測干擾的產(chǎn)生就要選擇抗干擾能力強(qiáng)的儀表和電氣元件，在設(shè)備選擇中采用耐壓性能參數(shù)等參考，控制柜和大功率電機(jī)盡量不要相鄰相放，控制柜在控制區(qū)需要采用隔離措施，儀表線、保護(hù)線接入控制室中要保持單獨系統(tǒng)接入傳輸信號，根據(jù)信號種類不同設(shè)計鋪設(shè)方案。例如電纜屏蔽必須接地，如果電瓶兩層接地產(chǎn)生電位差較大，容易在雷電天氣擴(kuò)大電流，造成對儀器儀表的傷害。

2.6 接地設(shè)置

接地是為了確保儀器儀表信號源安全，進(jìn)行接地設(shè)置能夠有效解決干擾問題，干擾會逐漸衰弱。不同階級之間存在電位差，導(dǎo)致共模干擾，為了杜絕這種情況，在儀表的信號回落采用單點接地方式，能夠消除定位差，產(chǎn)生的干擾在實際中要測量儀器儀表的具體情況，從而進(jìn)行儀器儀表抗干擾能力的提升[6]。在儀器儀表設(shè)計中要充分重視接地線準(zhǔn)備，接地能夠積極解決數(shù)據(jù)跳動問題，在設(shè)備上可以設(shè)置安全閥保護(hù)，把壓力器變送器的反饋信號實時隔離后輸入設(shè)備中。隔離器厚度較小，采用低功耗設(shè)計方式可保證密集安裝可靠運行。特別是在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中接地設(shè)置的科學(xué)設(shè)計有利于保障儀器儀表符合生產(chǎn)要求，也能夠從很大程度上提高儀器儀表的應(yīng)用率。

3 結(jié)束語

儀器儀表現(xiàn)場應(yīng)用中必須要明確抗干擾的來源，以此才能解決一些比較抗干擾的問題。在現(xiàn)場應(yīng)用中，儀器儀表的影響因素不是單一存在的，經(jīng)常是多個干擾源疊加在一起的，那么，在解決措施中就要明確測量數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)來實現(xiàn)差距。那么，在解決措施中就要明確測量數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)來檢測查看的影響因素。每一個現(xiàn)場因為工業(yè)生產(chǎn)的內(nèi)容不同以及儀器儀表抗干擾的因素也有差異，在解決措施中一定要根據(jù)實際情況和現(xiàn)場應(yīng)用的情況，既要從基礎(chǔ)設(shè)備角度出發(fā)，也要從技術(shù)角度出發(fā)，使設(shè)備調(diào)試和技術(shù)應(yīng)用達(dá)到一個新的高度。