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      冶金儀表的干擾及抗干擾系統設計

      摘 要:隨著冶金行業自動化程度的飛速發展,大量的儀器儀表在冶金過程中投入使用。雖然這些儀器儀表都進行了抗干擾設置,但是由于各種原因,在使用過程中仍然會受到各種各樣的干擾信號,對測量監控工作造成了很大的影響。本文就馬鋼二鐵4#高爐熱風爐項目中儀表受到干擾進行分析說明,并提出了解決辦法;同時展開分析儀表在使用過程中受到的干擾類型及干擾源的存在及其特性;Zui后提出了幾點抗干擾的有效措施,希望可以對相關的技術人員提供一些有價值的參考資料。

      引言

      在馬鋼二鐵4# 高爐熱風爐項目調試過程中,助燃風機的測振儀表由于現場的安裝和工作環境的復雜性、電源波動、儀表自身的質量還不是很完美及其他未知因素的干擾等多種原因,導致了儀表的工作穩定性大大降低,儀表讀數的精確性受到很大影響,調試故障頻發,給風機的安全運行帶來了重大隱患。經過如下處理方法,解決了上述問題,保證風機穩定安全地運行。Di一,對測振儀表本身進行更換;第二,對軸承進行清洗;第三,對儀表安裝距離的調整。

      為防止各種干擾對設備產生不利影響,保證系統可靠地運行,下面就儀表使用過程中受到的干擾類型及干擾源進行全面地分析說明,并提出了幾點抗干擾的有效措施。

      1 干擾信號的常見類型

      1.1 電磁感應造成的干擾

      在冶金廠的工作現場存在很多電感或者變壓器,當這些設備出現漏感的情況,就有可能造成由于磁感線穿過電路時出現電磁感應的現象,在干擾電路中產生不可控的干擾電流。即使是有2 個回路電路相隔比較近時,也有可能會產生電磁效應。其中1 個電路由于電流的變化產生電磁的變化,另1 個電路由于在電磁場的變化而產生1 個感應電流。在電路中,由于信號傳輸回路引起的干擾電壓服從正態分布,且可以計算出,但是由于其變化不可控,造成對在測量過程中無法對這部分干擾進行有效地消除,從而對測量監控造成了一定的難度,也大大降低了儀表讀數的準確性,無法為工作過程提供有效的數據信息。

      1.2 靜電感應造成的干擾

      在儀器的使用過程中,如果由于電器元件出現問題,就有可能出現電荷在回路電路的電器元件上進行儲存,并且當電荷量達到一定值的時候,會自己產生發電的情況,這種情況就成為“靜電效應”。這樣干擾的危害不僅僅局限于對測量準確性的影響,甚至對整個電路也會產生破壞性的影響,因為當電荷量過高時,會產生比較高的電壓,在高電壓的影響下,電路中的電流會發生大幅的突變,對于整個電路的影響是十分致命的。需要認識到這種干擾雖然不是持續性的,往往發生在一段時間內,但是其危害卻十分巨大。

      1.3 設備本身造成的誤差干擾

      所有的儀表元件在生產過程中都要進行測試和標定工作,這也就意味著假如標定不是很準確的話,在以后的使用過程中就會產生持續的誤差干擾。標準器件誤差、裝備誤差和附件誤差[1] 都屬于測量誤差。因此,在使用過程中假如存在這樣的干擾,在儀器的整個使用過程中,都會一直影響測量監控工作。雖然很多技術人員在儀表使用過程中會對儀表進行比較誤差的測量,但是對于技術人員的要求就比較高,很難保證每1 個儀器儀表的比較誤差都能得到有效地控制。因此,設備本身造成的誤差干擾對儀器儀表的準確性也有著很大的影響。

      2 干擾源的產生及其特性分析

      由于工作環境存在很多的電氣設備,所以很多工作對于其他工作都存在產生干擾的可能,也就是任何一個不經意的操作都有可能成為干擾源,對儀表的使用造成很大的影響。在冶金行業主要常見的干擾源大至有以下幾種。

      1) 電器開關的使用。當在儀表的工作過程中打開或者關閉電器開關,就會產生擾動信號,當開關接點進行斷開和接觸操作時,回路中的電流就出現瞬間變化的情況,從而產生頻率很寬的擾動信號。如果現場存在大量開關,這種干擾就是持續的,不間斷的。

      2) 動力電源性的干擾。在冶金現場會存在很多的電力輸送線路,當電力輸運線和儀表的信號輸送線相離比較近時,就會出現輸送電流的變化對儀表測量的信號產生干擾的情況,產生干擾電流和干擾電壓,這些對儀表讀數的穩定性造成很大的影響。

      3) 可控硅裝置[2] 的影響。在現代的測量儀表中,很多都要求正弦變化的電源信號,但是可控硅裝置對這部分儀表會造成電源的正弦波形產生變化,出現失真的情況,并且當回路電路中存在可控硅裝置時,也會產生高電平諧波干擾,這對于需要正弦電源信號的測量儀器是致命的。

      4) 容量比較大的變壓器或者電動機。變壓器或者電動機都可以產生比較強的電磁效應。因此,當電流信號變化時,就會造成電磁場的大幅變化,從而對于儀器儀表的測量造成很大的影響。

      5) 接地的影響。由于工廠的大部分設備都需要接地處理,所以在兩個接地點之間存在5 ~ 6V 大小的電壓,就會產生電流并通過大地進行傳播。如果儀器儀表在傳播范圍內,就會對測量電流產生干擾,從而影響測量的準確性。

      6) 脈沖數字設備的干擾。干擾頻率和幅值為開關線路上升時間的函數,上升時間可以是毫微秒數量級,故干擾頻率達數百兆赫 [3]。

      7) 電弧類裝置或者氣體放電燈的干擾。在這部分裝置中,電壓的變化比較頻繁。因此,當電壓達到一定的臨界值時,其重復次數是電源頻率的兩倍,從而產生的干擾信號比較強烈,這對于儀器儀表的測量信號有著很大的影響。

      3 儀表抗干擾的有效措施

      3.1 對于干擾源的隔離處理

      大量實踐表明,儀表抗干擾的Zui有效的措施就是找出干擾源并對其進行隔離屏蔽處理,將儀表的電源線和信號傳輸線都進行濾波處理,同時對外部的電線、電纜都進行有效地屏蔽,這樣就可以Zui大限度阻止干擾信號的傳播。

      此外,也可以采取在電源或者電機兩端布置電感比較小的電容器[4],從而可以阻止干擾信號的產生。但是,這種辦法需要對工作現場的導線都進行抗干擾處理,其成本很高。因此,可以在比較重要的儀器儀表上采取這種處理辦法,從而保證數據的準確性。

      3.2 改善電氣配置

      由于冶金現場的設備比較多,所以如何合理地布置電氣設備就成為一個問題。在工藝可以滿足設計標準的同時,要盡量把可能產生干擾信號或者成為干擾源的線路或者元件進行集中布置,這樣可以盡可能地減少干擾信號的干擾范圍,并且一些很容易產生干擾信號的電器元件要盡量減少使用或者不用,使用其他不易產生干擾源的裝置替代。

      此外,所有應該有接地處理的設備都應該進行接地或者配置與金屬匯線橋架內,相互之間盡可能減小分布電容電阻等的元器件,降低外部的靜電感應干擾[5]。如果必須將動力電纜線與儀表信號線合用統一匯線橋架內,可以通過屏

      蔽隔板的方法將其分開,從而減少對外部靜電效應產生的干擾效應。

      3.3 對信號傳輸線、纜進行穿金屬管處理

      由于冶金現場的工程機械各種各樣,所以需要的電源類型也不盡相同。因此,在工程設計過程中,對于各個線路的布置要進行合理的規劃。對于一些使用微弱電流或者直流電的儀器來說,要盡量避免和交流電源線共同使用一根線纜或者在一個金屬管內,或者進行分隔處理,如圖1所示?;蛘邌为氝M行穿管處理,根據數據顯示,這部分線纜進行穿管處理之后的靜電干擾可以衰減幾個數量級。因此,穿管處理對于靜電干擾的作用是十分巨大的。但是其對電磁干擾的作用很小,可以采取加厚金屬管的方法加大對電磁干擾的抑制,同時,管壁愈厚,電磁感應衰減率愈高; 管壁愈薄,靜電場干擾衰減率愈高[6]。所以要想采用這種方法直接解決靜電干擾和電磁干擾是很難的?;诠P者多年的工作經驗,建議采用這種辦法進行靜電干擾的處理。但加厚管壁必然會大幅度的增加成本或布置難度,也要滿足現場環境的要求。

      加隔板的匯線槽

      Fig.1 Adding separator line slots

      3.4 儀表系統接地的處理

      在現在很多儀表的使用過程中,儀表系統和交流低電壓電器設備使用一個接地裝置,這種情況往往會導致電氣設備和儀表的電路接通。雖然沒有直接相連,但是通過大地的連接作用,即使會有比較弱的電流變化,也已經足以對儀表的正常工作造成很大的影響。對于這種情況,現在還沒有很好的解決辦法,只能盡可能減少干擾電壓的幅度。

      目前主要采取的措置有:

      1) 在儀表的信號傳輸線路中盡可能采取直徑比較大的信號傳輸線,從而增強抗干擾的能力。

      2) 避免對線路進行串聯,要盡量使用并聯方式進行連接。

      3) 要盡量保證屏蔽層、導管或者儀表柜的接地質量。

      當然,除了這些處理辦法之外,還可以對儀表進行單獨的接地處理??梢詾閮x表設置單獨的接地點,從而保證儀表系統都有1 個統一的參考點,也可以盡可能地避免外界的感應干擾,抗干擾效果比較理想。目前單獨的儀表接地系統大致有3 種形式:樹干型、輻射式和混合式。這3種接地模式主要考慮設備的工作頻率和地線阻抗的關系。具體使用辦法,請參考《工廠配電設計手冊》進行確定。

      3.5 本安信號傳輸線配線及其他問題

      為了控制和本安信號相連接的設備,必須對傳輸線纜的LC 值進行校驗處理,這樣對于安全火花型的本安線路來說,可以增強其抗干擾能力。此外,除了采取上述的硬件抗干擾措施之外,也可以采用軟件抗干擾措施。隨著時代的發展,計算機技術不斷發展,相應的軟件也更加強大。因此,相關的技術人員可以開發一些軟件對儀表的抗干擾能力進行加強。

      4 結束語

      隨著冶金行業規模的不斷擴大,儀器儀表等設備被廣泛地使用。而對于儀表使用Zui大的問題就是干擾的問題。因此,在使用過程中相關技術人員必須充分重視這個問題,如果發現儀表讀數出現異常,需要及時對儀表進行檢測,并分析產生誤差的原因。只有這樣才能保證設備安全、穩定地運行和企業長久地發展。

      作者簡介

      侯勝華(1985-), 女 ,安徽皖泗縣人,本科,安徽馬鋼工程技術集團有限公司,工程師, 研究方向: 自動化儀表。

      參考文獻

      【1】鄭梅. 冶金儀表的干擾分析與抗干擾系統設計[J]. 電子電路設

      計與方案,2016(09):21-23.

      【2】宋健焜. 冶金行業儀表的干擾分析與抗干擾設計[J]. 現 代 礦

      業,2012(06):135-137.

      【3】劉峰, 畢于深. 儀表控制系統干擾分析與抗干擾措施[J]. 石油

      化工高等學校學報,2013(12):65-69.

      【4】梁為民,劉愛琴,朱宗勝. 智能儀表系統設計中抗干擾問題的

      研究[J]. 電子技術應用,2013(01):38-40.

      【5】解光勇 . 光電探測器噪聲特性分析 [J]. 信息技術 , 2008: 8-10.

      【6】武四平,甘方成. PLC 控制系統的干擾分析與抗干擾設計措

      施 [J]. 有 色 冶 金 設 計 與 研 究 。

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