自動化儀器儀表安裝的抗干擾措施

馬睿

(中國石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101)

0 引言

自動化儀器儀表是化工企業(yè)日常生產(chǎn)運(yùn)營中的重要設(shè)備之一，對設(shè)備精準(zhǔn)度以及操作靈活性要求較高。在安裝調(diào)試過程中，要求技術(shù)人員結(jié)合前期圖紙要求開展工作，以此滿足使用需求。然而，有部分企業(yè)在電氣自動化儀器儀表安裝過程中，卻經(jīng)常會出現(xiàn)干擾情況，影響儀表儀器設(shè)備的正常使用。

1 化工電氣自動化儀器儀表發(fā)展現(xiàn)狀

在經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展的背景下，化工產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。因此，化工電氣自動化儀器儀表設(shè)備需科學(xué)、合理地進(jìn)行安裝使用，應(yīng)盡量規(guī)避設(shè)備與設(shè)備之間的相互影響與干擾，這樣才能夠確保設(shè)備生產(chǎn)與數(shù)據(jù)監(jiān)測過程的精準(zhǔn)度。在化工生產(chǎn)過程中，自動化儀器儀表有效解決了傳統(tǒng)設(shè)備中數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度方面的問題，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)自動化信息監(jiān)測，而且還可以強(qiáng)化自動化設(shè)備管控，現(xiàn)已經(jīng)被運(yùn)用在眾多化工企業(yè)中。

電氣自動化儀器儀表安裝主要有以下幾種形式：若是按照組合方式劃分，主要包括組合式與模塊化兩種；若是按照結(jié)構(gòu)形式劃分，主要有液壓與電動兩種。無論是怎樣的結(jié)構(gòu)形式，都能夠精準(zhǔn)、全面地記錄現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信息并保存至系統(tǒng)中，高效收集數(shù)據(jù)。此外，可有效處理儀表使用過程中由于外部因素干擾所導(dǎo)致的故障問題。在儀表運(yùn)作的過程中工作人員不需要開展復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算便可以優(yōu)化數(shù)據(jù)內(nèi)容，強(qiáng)化信息檢索運(yùn)用的效率，全面提升儀表運(yùn)作效率和質(zhì)量[1]。

2 化工電氣自動化儀器儀表被干擾原因

2.1 外界干擾

化工電氣自動化儀器儀表在安裝過程中會受到多種外部因素影響，其中，最為關(guān)鍵的便是設(shè)備故障以及輸電線路因素。一般來講，設(shè)備與輸電線路在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生一種外部磁場，此磁場會對電氣產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。從干擾源的角度來看，通常包含以下幾方面因素：首先，射頻干擾。此類干擾通常與節(jié)點(diǎn)斷開弧光放電現(xiàn)象以及發(fā)射器裝置功率等因素有關(guān)，以上環(huán)境下會產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁波，電磁波會在發(fā)散的過程中影響電網(wǎng)導(dǎo)致產(chǎn)生射頻干擾問題。其次，工頻干擾。是指系統(tǒng)運(yùn)行過程中變壓器等裝置在生產(chǎn)運(yùn)輸電力的同時(shí)產(chǎn)生電磁場，導(dǎo)致磁場內(nèi)部的低頻信號對周圍環(huán)境帶來嚴(yán)重的干擾因素。最后，感應(yīng)干擾。一般來講，對于電氣設(shè)備運(yùn)行周圍會產(chǎn)生磁場信號，在運(yùn)行過程中，若是電流出現(xiàn)明顯變化，則磁場也會產(chǎn)生波動，一旦信號處于弱點(diǎn)等級，則會在耦合反應(yīng)的影響下出現(xiàn)感應(yīng)干擾等情況。

2.2 干擾形式

干擾因素的產(chǎn)生會對電氣設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，從輸入形式的角度分析，通常有以下幾種：一是電阻耦合輸入方式。此種干擾輸入的根本原因在于測量線與電源線之間由于某種原因出現(xiàn)了漏電狀況，在漏電的影響下周圍出現(xiàn)不同頻率的磁場環(huán)境，進(jìn)而對周圍的電氣自動化儀器儀表安裝帶來不利。二是電容耦合反應(yīng)。出現(xiàn)此種干擾輸入的根本在于電路之間產(chǎn)生了故障情況。出現(xiàn)這種情況一般是指在靜電的影響下出現(xiàn)干擾狀況，因此，此類干擾也被稱之為“靜電耦合”效應(yīng)。從干擾過程來看，是因?yàn)榍捌诟蓴_線與測量線在安裝過程中出現(xiàn)了交叉的情況，導(dǎo)致電路中形成了電容器產(chǎn)生了電場，從而帶來外部干擾。三是電感耦合干擾形式。從物理原理分析，任意兩電路之間均會產(chǎn)生感應(yīng)狀況，若是其中某個(gè)電路在此過程中出現(xiàn)了電流的變化，則會在感應(yīng)的影響下對另一個(gè)電路產(chǎn)生波動，以此出現(xiàn)干擾情況。四是共阻抗耦合干擾。兩個(gè)電路之間會產(chǎn)生阻抗，即電流在經(jīng)過阻抗的過程中導(dǎo)致電壓持續(xù)下降。在此過程中極易對另一個(gè)電路帶來干擾，導(dǎo)致電壓出現(xiàn)波動狀況。此時(shí)若是多臺設(shè)備來自同一電源供電，則電源會在輸電的過程中出現(xiàn)阻抗。此時(shí)任何一個(gè)設(shè)備的電流出現(xiàn)變化都會對其他周圍的設(shè)備產(chǎn)生影響，導(dǎo)致信號干擾[2]。

3 化工電氣自動化儀器儀表安裝優(yōu)化措施

3.1 轉(zhuǎn)變安裝原則

由于化工電氣自動化儀器儀表會受到以上因素干擾，因此，在后續(xù)工作中便需要技術(shù)人員采取針對性的解決對策盡可能地降低干擾帶來的不利影響。從干擾信號的產(chǎn)生條件來看，在優(yōu)化應(yīng)對過程中需采取以下4 項(xiàng)措施：第一，在安裝過程中干擾源與電路之間相關(guān)聯(lián)；第二，要及時(shí)處理極易受到干擾因素影響的電路；第三，必須確保干擾源與電路之間存在耦合通道。第四，為確保以上幾方面能夠順利開展，還要強(qiáng)化對抑制干擾原則方面的關(guān)注。在具體工作中，應(yīng)先清理好干擾源，例如對電力線進(jìn)行處理，優(yōu)化調(diào)整其與信號線之間的距離大小。需要注意的是調(diào)整過程中應(yīng)該盡可能地?cái)U(kuò)大間距，減少干擾影響。此外還可以通過直接對干擾路徑進(jìn)行隔離的手段杜絕干擾因素。對接收電路也要開展優(yōu)化，應(yīng)削弱其對干擾因素的敏感度。例如在實(shí)際操作中可以更換高輸入阻抗電路，以此減少干擾帶來的不利影響[3]。

3.2 應(yīng)用抗干擾技術(shù)

物理隔離技術(shù)是強(qiáng)化儀表設(shè)備抗干擾的重要方式，在高科技發(fā)展背景下，部分企業(yè)也會運(yùn)用平衡、屏蔽等手段提高抗干擾質(zhì)量。其中物理隔離在運(yùn)用過程中可將噪聲污染控制在最小，主要方式為：技術(shù)人員借助電力設(shè)備完成干擾源與線路之間間距的分析，并通過調(diào)整完成優(yōu)化。在實(shí)際操作的過程中，線路的間距優(yōu)化通常會受到設(shè)備結(jié)構(gòu)以及布線情況的影響難以操作，因此在前期要做好系統(tǒng)化分析。一般來說，若是弱信號線，則應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注敷設(shè)形式，盡可能地防止與強(qiáng)信號導(dǎo)線之間出現(xiàn)平行等情況，且敷設(shè)過程中不可以捆扎多條線路，以防出現(xiàn)安全隱患。此外在物理隔離的過程中還應(yīng)該注意公用地線的朝向設(shè)置，確保能夠達(dá)到技術(shù)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)。

平衡處理技術(shù)是指通過外部技術(shù)處理使干擾因素能夠在導(dǎo)線負(fù)載中完成自動抵消，從而降低地磁干擾對周圍環(huán)境的影響。而屏蔽技術(shù)的使用則是指在技術(shù)運(yùn)用的過程中使用金屬物等材料將電磁線的影響控制在合理的范圍內(nèi)，或者防止干擾因素進(jìn)入到特定的區(qū)域內(nèi)，以此實(shí)現(xiàn)干擾與目標(biāo)之間的信號隔離，使儀表測量能夠正常運(yùn)行。

3.3 接地安裝

3.3.1 安裝原則

接地處理是指一點(diǎn)接地，通常情況下，若是點(diǎn)位中出現(xiàn)兩個(gè)以上的區(qū)域同時(shí)接地，則極易出現(xiàn)干擾源，影響儀表運(yùn)行過程中的精準(zhǔn)測量。從現(xiàn)有技術(shù)運(yùn)用狀況來看，線路電流的幅值大小以及波形狀況都會對接地產(chǎn)生影響。在此基礎(chǔ)上，接地極狀況以及周圍的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)也會對干擾情況產(chǎn)生波動。為此，要求相關(guān)人員應(yīng)該先鋪設(shè)好地極，然后按照標(biāo)準(zhǔn)對其完成抗干擾處理。通常情況下，接地電阻應(yīng)該被合理控制在5～10 Ω 的范圍內(nèi)，并且數(shù)值管控的過程中，越能夠接近5 Ω 越好。在后續(xù)操作過程中，要確保柜體與柜體之間都已經(jīng)運(yùn)用材料與接地銅母線相連接。但是要特別注意對連接的方式有要求，即必須按照并聯(lián)的形式操作，不能使用串聯(lián)，是因?yàn)樵诖?lián)的連接過程中，電流極有可能會進(jìn)入到公共地線中，所以，要以并聯(lián)的形式減少此情況的出現(xiàn)。除此之外，為了能夠進(jìn)一步減少線路運(yùn)行過程中產(chǎn)生的接地電阻，技術(shù)人員還要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上盡可能地拓展接地線路與接地母線之間的接觸面積，保障柜體接地的科學(xué)性與合理性，有效降低此過程的干擾，確保電氣自動化儀器儀表的正常運(yùn)行[4]。

3.3.2 安裝要點(diǎn)

柜體接地?cái)?shù)量影響儀表的安裝質(zhì)量，只有一點(diǎn)接地時(shí)，才能避免干擾源的產(chǎn)生。如接地維持超過兩處，便會產(chǎn)生干擾源，因此在實(shí)施接地方案時(shí)，需考慮儀表的運(yùn)行特點(diǎn)，貫徹一點(diǎn)接地的原則，按照既定方案完成接地任務(wù)，保護(hù)儀表運(yùn)行安全，消除外界因素的干擾，為儀表安裝工作順利開展奠定基礎(chǔ)。在實(shí)施接地方案時(shí)，將控制接地極的電阻值作為工作重點(diǎn)，根據(jù)柜體接地需要，選擇規(guī)格尺寸合適的接地極，工作人員要嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行接地，強(qiáng)化安裝人員的專業(yè)素養(yǎng)。接地母線布設(shè)結(jié)束后，依照制定的方案，以并聯(lián)的方式，將各柜體與母線相連，切忌以串聯(lián)方式連接柜體，防止不同電流同時(shí)進(jìn)入接地線。工作人員必須遵循該原則，適當(dāng)調(diào)整接地方案，確保自動化儀器儀表安裝的接地方案合理，起到保護(hù)儀表的作用，且不會干擾自動化儀器儀表的正常運(yùn)行。為控制接地電阻的阻值在合理范圍內(nèi)，檢測導(dǎo)線的截面積，判斷截面積是否達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，避免自動化儀器儀表投入使用后，接地線的阻值發(fā)生變化，形成干擾源，不利于維持儀表的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

3.3.3 接地方式選擇

兩端接地，即將屏蔽電纜金屬屏蔽層兩側(cè)連接接地，這種接地方式不會使屏蔽層產(chǎn)生感應(yīng)電壓，但金屬屏蔽層受磁通影響較大，內(nèi)部產(chǎn)生電流，假如接地兩端的電勢存在差異，便會出現(xiàn)電勢環(huán)流，而這種環(huán)流影響信號的強(qiáng)度，使信號失真。單點(diǎn)接地，僅將電纜一端接地，另一端不接地，或以保護(hù)的方式接地，應(yīng)用該接地方式，金屬屏蔽層不會被磁通干擾，電纜中傳輸信號強(qiáng)度不被削弱，信號傳輸質(zhì)量較高。兩種接地方式的主要差異為，接地點(diǎn)的數(shù)量不同，適用范圍也不同，實(shí)際設(shè)計(jì)接地方案中，考慮系統(tǒng)的運(yùn)行需要，靈活設(shè)計(jì)系統(tǒng)的接地方案，起到保護(hù)電路的作用。兩端接地適用于數(shù)字信號、差分信號傳輸與動力電纜，當(dāng)用于數(shù)字信號與差分信號傳輸時(shí)，需關(guān)注電流的大小，電流過大也會影響信號傳輸效果。相比較，單點(diǎn)接地適用于信號線布設(shè)，通常情況下采用單點(diǎn)接地方案，消除系統(tǒng)的干擾，信號在傳輸過程中強(qiáng)度不受影響，使信號線保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

3.4 調(diào)整導(dǎo)線間距

受電力學(xué)影響，當(dāng)兩根平行導(dǎo)線間距離過近時(shí)，兩根導(dǎo)線會出現(xiàn)互感效應(yīng)，效應(yīng)的強(qiáng)弱受到多種因素的影響，包括導(dǎo)線間的距離、導(dǎo)線長度與導(dǎo)線分布方式等，這種現(xiàn)象導(dǎo)致電路負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，電源瞬間產(chǎn)生高頻震蕩電壓，干擾線路的正常運(yùn)行。瞬變電壓傳輸至信號線，對平行于該線路的導(dǎo)線產(chǎn)生干擾，為消除干擾，削弱導(dǎo)線間互感效應(yīng)是關(guān)鍵。一般情況下，擴(kuò)大導(dǎo)線間距離，或避免兩根導(dǎo)線處于平行狀態(tài)，是解決該問題的最佳措施。安裝人員應(yīng)考慮儀表安裝實(shí)際情況，設(shè)計(jì)導(dǎo)線的布設(shè)方式，控制不同導(dǎo)線的間距，盡量設(shè)計(jì)不同導(dǎo)線之間位置關(guān)系為垂直或交叉，借此減少分布電容，維護(hù)自動化儀器儀表的運(yùn)行環(huán)境。如布設(shè)導(dǎo)線距離長，優(yōu)先使用雙絞線，這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)線的優(yōu)勢為不同導(dǎo)線的絞合方向存在差異，產(chǎn)生互感效應(yīng)的方向相反，減弱產(chǎn)生互感電壓的強(qiáng)度，甚至使瞬時(shí)電壓降至0，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，是化工自動化儀器儀表安裝常用抗干擾策略，且技術(shù)應(yīng)用成本在合理范圍內(nèi)，安裝儀表質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)在使用雙絞線完成導(dǎo)線布設(shè)時(shí)，布設(shè)方式與普通導(dǎo)線不同，使用絕緣管隔離不同導(dǎo)線，并遵循分層布設(shè)原則，科學(xué)設(shè)計(jì)雙絞線的布設(shè)位置與高度，使不同導(dǎo)線間距離在合理范圍內(nèi)，凸顯雙絞線的應(yīng)用優(yōu)勢，解決儀表安裝被瞬時(shí)電壓干擾的問題，安裝儀表精度符合化工生產(chǎn)需要[5]。

3.5 規(guī)范導(dǎo)線連接

外引導(dǎo)線轉(zhuǎn)接是自動化儀器儀表安裝的重要環(huán)節(jié)，與安裝儀表的抗干擾能力關(guān)系緊密，務(wù)必作為儀表安裝人員的工作重點(diǎn)，深入研究儀表安裝方案，以正確的方式轉(zhuǎn)接外引導(dǎo)線，在柜體、操作臺與控制柜之間設(shè)置接線座，實(shí)現(xiàn)外引導(dǎo)線的轉(zhuǎn)接。為凸顯接線座在儀表安裝中的便利性，導(dǎo)線接頭通常設(shè)計(jì)為插座形式，針對此類轉(zhuǎn)接頭的特點(diǎn)，使插座兩端的觸電處于并聯(lián)模式，保證接線座的安全，外引導(dǎo)線連接順暢，安裝儀表的運(yùn)行不受外界因素的影響，抗干擾目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。該環(huán)節(jié)涉及焊接作業(yè)，焊接質(zhì)量關(guān)系到引線轉(zhuǎn)接效果，為此在焊接作業(yè)開始前，組織焊接人員學(xué)習(xí)焊接技術(shù)，熟練掌握焊接技巧，焊接位置接觸面緊密相連，杜絕虛焊現(xiàn)象的出現(xiàn)，外引導(dǎo)線線路連接順暢。如外引導(dǎo)線長度極長，此類線路中傳輸?shù)皖l信號質(zhì)量難以保障，為此儀表安裝人員在長導(dǎo)線連接位置，設(shè)置具有增強(qiáng)低頻信號功能的裝置，如控制信號放大器等，此類裝置的使用保護(hù)線路中傳輸?shù)牡皖l信號，避免其他設(shè)備接收信號失真，提高線路抗干擾能力。

3.6 安裝附加設(shè)備

在自動化儀器儀表安裝中，附加設(shè)備安裝也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如附加設(shè)備安裝不到位，也會成為干擾源，降低自動化儀器儀表的安裝質(zhì)量。安裝人員要正確認(rèn)知附加設(shè)備的重要性，制定附加設(shè)備的安裝規(guī)范，約束安裝人員的工作行為，使安裝的附加設(shè)備在儀表運(yùn)行中發(fā)揮應(yīng)有作用。自動化儀器儀表安裝包含多種附加設(shè)備的安裝，各類設(shè)備安裝方式不同，安裝過程中注意事項(xiàng)也存在差異，分析不同附加設(shè)備的作用，明確附加設(shè)備的安裝特點(diǎn)，是順利完成附加設(shè)備安裝的關(guān)鍵。負(fù)責(zé)人組織安裝人員研讀附加設(shè)備的安裝說明，督促安裝人員學(xué)習(xí)設(shè)備安裝規(guī)范，熟悉各類附加設(shè)備的安裝要點(diǎn)，確保安裝設(shè)備能夠正常運(yùn)行。以測速發(fā)電機(jī)為例，該裝置為儀表的附加設(shè)備，在安裝該設(shè)備時(shí)，安裝人員不僅要了解設(shè)備安裝規(guī)范，還需熟悉設(shè)備安裝可能造成的干擾，諧波干擾與低頻干擾最為常見，處理方式各不相同，諧波頻率通常在300～400 Hz之間，使用T 型網(wǎng)絡(luò)即可濾除，而低頻干擾的抵御方式為增設(shè)濾波器[6]。

3.7 消除電磁干擾

儀表線路接通或切斷過程中，無法避免產(chǎn)生高電壓，使儀表運(yùn)行環(huán)境受到電磁干擾，導(dǎo)致化工自動化儀器儀表安裝出現(xiàn)問題，抗干擾能力被減弱，安裝的儀表無法長期穩(wěn)定運(yùn)行，容易出現(xiàn)故障，與化工生產(chǎn)需要不符，自動化儀器儀表的應(yīng)用優(yōu)勢得不到體現(xiàn)。針對這種不可避免的電磁干擾，安裝人員可采取多種措施解決，如增加阻容網(wǎng)絡(luò)、二極管等，預(yù)防方法的適用條件不同，實(shí)際研究電磁干擾預(yù)防方式時(shí)，基于儀表安裝現(xiàn)場的實(shí)際情況，選擇最適宜的防電磁干擾策略。除此之外，接入阻容緩沖器同樣有助于增強(qiáng)儀表的抗干擾能力，考慮現(xiàn)場電磁干擾強(qiáng)度，選擇型號適宜的緩沖器，適用于化工自動化儀器儀表安裝現(xiàn)場電磁干擾預(yù)防的緩沖器，其電阻值在10～20 Ω 之間，電容范圍為0.22～1 F，吸收電路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，產(chǎn)生的瞬時(shí)電壓。緩沖器的選擇標(biāo)準(zhǔn)以安裝現(xiàn)場實(shí)際情況為依據(jù)，優(yōu)選性能良好的緩沖器，起到降低瞬時(shí)電壓的作用，減輕產(chǎn)生電磁場的干擾，強(qiáng)化自動化儀器儀表的安裝質(zhì)量。

3.8 屏蔽干擾

屏蔽干擾是強(qiáng)化儀表抗干擾能力的有效措施，安裝人員分析不同材料的特性，尤其關(guān)注材料的電阻與磁性，通常使用低電阻、弱磁性的材料用于屏蔽干擾信號，制成屏蔽裝置，抵御電磁干擾。主動屏蔽與被動屏蔽是最常見的屏蔽方式，工作人員可按照安裝需要，選擇合適的屏蔽措施，盡最大可能克服電磁干擾。在實(shí)際安裝儀表過程中，識別干擾源位置，如內(nèi)部干擾，一般采用主動屏蔽方式；反之采取被動屏蔽策略。在干擾源與儀表之前設(shè)置隔離裝置，阻隔干擾信號的傳播。以屏蔽范圍為標(biāo)準(zhǔn)，可將屏蔽方式分為整體屏蔽與局部屏蔽兩種。工作人員依據(jù)安裝目標(biāo)，確定屏蔽的范圍，如決定采用整體屏蔽，屏蔽裝置覆蓋全部電氣室；而采用局部屏蔽方式時(shí)，識別電氣室中的重點(diǎn)部件，設(shè)置屏蔽裝置。盡管不同屏蔽方式的實(shí)施方式不同，但在實(shí)施過程中，都要關(guān)注被屏蔽物體的接地方案，倘若接地效果達(dá)不到預(yù)期，任何屏蔽方式的屏蔽效果都將受到影響。由此在實(shí)施屏蔽策略之前，工作人員務(wù)必檢查被屏蔽物體的接地情況，判斷是否符合屏蔽方案實(shí)施需要，及時(shí)調(diào)整被屏蔽物體的接地方案，為實(shí)施屏蔽創(chuàng)造便利條件。

4 結(jié)語

綜上所述，抗干擾技術(shù)在化工電氣自動化儀器儀表安裝中具有較高的應(yīng)用價(jià)值，消除外界因素的不良影響，順利完成儀表安裝任務(wù)，使儀表讀數(shù)準(zhǔn)確。相關(guān)人員要關(guān)注技術(shù)領(lǐng)域最新研究成果，學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用理念，適應(yīng)化工企業(yè)不斷變化的生產(chǎn)環(huán)境，創(chuàng)新應(yīng)用抗干擾技術(shù)的方式，解決傳統(tǒng)儀表安裝方式的弊端，使儀表長期處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，延長儀表的使用壽命。