仪表及控制系统常见干扰分析和预防措施

仪表及控制系统常见干扰分析和预防措施

摘 要：仪表及控制系统的可靠性直接影响到生产装置安全、稳定的运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键，特别是采用分散控制系统，若不考虑和处理好现场电磁干扰，就不能保证安全、可靠运行，工业现场电磁环境较为恶劣和复杂，要提高仪表及控制系统的可靠性，一方面要求生产制造单位提高系统抗干扰能力；另一方面，安装施工和使用维护单位引起高度重视。 关键词：仪表 控制系统 可靠 干扰

干扰的形成是因为有干扰源的存在，干扰源有外部的和内部的。仪表内部的干扰是由于电子线路的热效应和散粒效应所造成的，仪表使用者关心的是外部噪声，外部噪声通常有自然界噪声和人为噪声，自然界噪声是由闪电等放电现象所形成，人为噪声由无线电波、大功率电线、产生电火花的设备、电感性负载等产生。

仪表及控制系统的干扰源主要有以下几个方面。 1 来自空间辐射的干扰和预防

空间的辐射干扰主要是由电力网络和电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达和通信产生的，其分布极为复杂。它们对工业计算机系统的影响主要通过两条路径；一是直接对计算机内部的辐射，由电路感应产生干扰，二是对计算机外围设备及通信网络的辐射，由外围设备和通信线路的感应引如干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置电缆和计算机局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。

EMI EMI

2 来自系统外引线的干扰和预防

主要通过电源和信号线引入，工业计算机系统的正常供电电源均由电网供电，因电网覆盖范围广，它将遭受所受电磁波的干扰而在线路上感应电压和电流，特别是电网内部的变化，如开关操作浪涌、大型电力设备起停、电网短路暂态冲击等，都将通过输电线路传至仪表设备。

EMI EMI 上图所示 空间电磁场对工业计算机系统的干扰

EMI EMI 尤其在安装仪表时位置很关键，应远离大功率电气设备，例如：在合成装置中，有几台电磁流量计安装在了高压电动机附近，每当高压电机启动、停止时就会对流量计产生干扰，使流量计的数据不稳定，结果改变安装位置，远离高压电动机，问题得到了解决。

EMI EMI EMI ～220V 电源 传感器 计算机系统 电源 ～220V 上图 来自系统外引线的干扰

3 来自信号线引入的干扰和预防

来自信号线引入的干扰，主要有两种途径：一是通过传感器供电电源或公用信号仪表的供电电源既配电器串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰。尤其在敷设仪表信号电缆时，要与电源电缆隔离开敷设，不能同时敷设在一个槽盒里面，例如：在内蒙古蒙维科技项目中，乙炔装置的信号线、电源线同时敷设在了一个槽盒里面，电源电压是380V，仪表信号是4-20mA,结果在调试流量计、开关阀时就产生了干扰，DCS屏幕上显示流量数据一直处于跳动状态中，开关阀处于开、关不稳定自动切换中，最后把电源线、信号线分开敷设，问题得到了解决。

由此可见，信号引入的干扰会引起I/O接口工作异常和测量精度严重降低。严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、“冲程”和死机。 4 来自接地系统混乱时的干扰和预防

工业计算机系统的地线包括模拟地、逻辑地、屏蔽地、交流地和保护地等。必须正确处理好，否则计算机将无法正常工作。例如：在乙炔发生装置中，电气、仪表连锁电缆在接地时，两端都进行了接地，由于大地电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，直接导致DCS的数据跳动，压力、流量非常的不稳定，影响系统正常工作。最后，在仪表端一侧接地，问题得到了解决。这充分说明如果屏蔽重复接地，不但起不到对信号屏蔽空间电磁干扰作用，反而导致屏蔽体产生环流，加大对信号的干扰。当信号接地时，屏蔽层在非信号侧接地，引两侧地电位差和电缆分布参数的存在，导致干扰环流，干扰测量信号；若屏蔽层两端都接地，因两端地电位差的存在，将在屏蔽体上产生感应干扰电流，对信号产生干扰。

U I

上图 信号接地时屏蔽层在非信号侧接地的混乱情况

U I

上图 屏蔽层两端接地的混乱情况

5 仪表接地网络混乱引入干扰和预防

仪表接地网络与电气接地网络应分开，最终应连接在各自的接地网络内，例如在内蒙古多晶硅项目中，中央控制室外的仪表、电气接地系统就连在了一起，由于电气接地系统通过电焊机产生的干扰，串如到了仪表接地系统，最后导致仪表DCS系统工作不稳定。最后重新连接接地网络，问题得到了解决。 结束语

仪表及控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在分析抗干扰中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，才能够使仪表及控制系统正常工作。随着仪表及控制系统应用领域的不断拓宽，如何高效可靠的使用仪表及控制系统也成为其发展的重要因素。21世纪，仪表及控制系统会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，仪表及控制系统作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越大的作用。

参考文献：

陆德民、张振基 、黄步余，石油化工自动控制设计手册 北京 化学工业出版社 2000.1

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/122p.html