对讲机对仪表系统的干扰

夏 鹏,陈元才

(1.液化空气(沧州)有限公司,河北 黄骅 061113;2.河北工程技术高等专科学校 教务处,河北 沧州 061001)

1 事件描述

工艺人员反映生产现场有一个测量温度的热电阻发生波动的现象,仪表工程师经过判断认为现场接线柜的接线端子有松动的可能。现场的接线柜内有 RTD的接线端子排和振动探头的前置放大器。工程师打开接线柜门,用对讲机与控制室通话时,振动探头发生剧烈的波动,造成设备跳车。设备跳车后,模拟事发前的情况,将对讲机靠近接线柜,然后与控制室通话,振动探头再次发生波动。

2 分析原因

根据事件的描述,可以确定振动探头波动与对讲机的电磁干扰有关。在日常维护中经常会使用对讲机,但从未发生过类似的现象。那么这种电磁干扰是只针对某些设备造成的?还是干扰积聚造成的或者是对讲机本身的问题呢?讲到对讲机的电磁干扰,我们还要解释电磁兼容性的概念。电磁兼容性(EMC),是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此EMC包括两方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性。电磁干扰的危害不仅可以使工业生产过程控制功能失效,在日常生活中也有很多危害,如:干扰电视的收看、广播收音机的收听等等。目前我们使用的手持对讲机,按功率大小可以分为3种:0.5 W的民用对讲机,2.5 W的常规对讲机,4 W的专业对讲机,功率的大小直接影响对讲机的通话距离,功率越大,电磁干扰也就越大。

因此,出现系统波动的原因可能有两种:对讲机本身的功率问题;仪表系统本身的抗干扰能力。

3 防范措施

抑制电磁干扰的措施最主要还是从接地开始,接地系统的好坏直接影响我们控制系统的稳定性和可靠性。但是很多工程人员并没有把它放在很重要的位置上。简单的认为只要有导线和大地连接上就行了,系统不会因为一根线出问题的。这种说法是错误的,接地系统本身很复杂而且要求很高。为保证系统的抗干扰能力,接地系统需要从以下几方面做好防范措施。

3.1 屏蔽方面

屏蔽是用金属(屏蔽体)把电场或磁场等外界干扰阻止在受干扰物之外。工厂中常用的屏蔽方法是采用屏蔽电缆。使用屏蔽电缆时,应注意进入DCS的信号电缆应采用单点接地的方式,在现场侧应对屏蔽层进行绝缘处理,防止其与接地的金属体接触产生干扰电流。当屏蔽电缆有中继点时,在中继处应保证屏蔽层的连续性。为保证屏蔽层一点接地,屏蔽层外应有良好的绝缘性能。对于多芯对绞屏蔽电缆,每对对绞线外应有单独的屏蔽层,以防止对绞线之间产生感性耦合,对绞线的屏蔽应是彼此绝缘的,电缆外还应有总屏蔽层和绝缘层。

3.2 接地方面

仪表接地系统大体可以分为3类。

1)信号接地。通过把装置中的两点或多点接地点用低阻抗的导体连在一起(一般小于4Ω),为DCS控制系统提供一个电位基准。为了尽量减少共模干扰,同一电路中的地电位应保持一致,同时避免不必要的地线环路,也可以减少外磁场的空间干扰的耦合。等电位接地能有效的保证系统的稳定性,避免由于同一回路的两点电位不等造成系统出现故障报警。

2)屏蔽接地。即将保护装置外壳以及电缆的屏蔽层接地,以防止外部电磁场干扰及从输入回路窜入的干扰。一般现场仪表设备都需要做屏蔽接地,防止电磁干扰造成仪表的测量失真。

3)安全接地。即保证人身安全和静电放电,通常将保护的外壳接地,如配电柜,配电盘等强电设备的外壳接地。应注意安全接地和信号接地系统需要完全分开。

3.3 等电位连接

将不同区域控制系统的接地系统相连保证其电位相等。等电位连接的目的是减少控制系统的设备在金属构件与设备之间或设备与设备之间因雷击等影响产生的电位差。需要保护的控制系统、仪表必须采用等电位连接与接地保护措施,还应与整个厂区的接地等电位连接系统相协调。当控制室与现场仪表或其他控制设施相距很远时,难以实施全厂统一的共地和等电位连接,此时应分别实施局部的接地、共地、等电位连接,然后加强局部间的电气联系和屏蔽、分流。有些工厂没有做到等电位连接,造成系统和设备之间存在电位差,使系统的数据通讯故障,噪音系数增加,没有抗干扰能力,系统容易出现异常现象。

3.4 合理布线

合理的布线能更好的提高系统的抗干扰能力,在施工阶段需要注意以下几点:

1)通过减少感应环路面积来减小互感,从而可以抑制干扰的电感性耦合。

2)避免局部故障影响全局安全。

3)要与防雷接地引下线保持一定距离。防止由于防雷接地有大电流流过时,对仪表接地系统产生干扰。

4 建议

从这次事件中,我们可以充分的认识到:对于一个工厂的建设和生产阶段,接地系统会涉及到很多工作需要我们去关注。

4.1 工厂建设阶段

1)运行团队在调试阶段应该严格核对 DCS侧电源接地、屏蔽接地、安全接地是否按照厂家要求设计,施工和测试。

2)现场侧要检查是否对屏蔽层进行绝缘处理。屏蔽电缆有中继点时,在中继处屏蔽层是否有好的连续性,以及屏蔽层外的绝缘性能。

3)选用性能好的UPS,对电源噪声有很好的抑制和隔离作用,即能为DCS提供高品质电源,也对DCS卡件有很好的保护作用。

4)高品质的屏蔽地板,好的安装质量,对抑制电磁辐射很关键。

4.2 工厂运行阶段

1)在停车检修期间,检查和测试 DCS接地系统。

2)在停车检修期间,检查现场侧屏蔽层的绝缘处理情况。屏蔽电缆有中继点时,在中继处屏蔽层是否有好的连接,以及屏蔽层外的绝缘性能。

3)选用符合 EMC标准的对讲机且在满足通话质量和距离的前提下,选择功率尽可能小的对讲机,来降低对系统的干扰风险。

4)增加警示标示“禁止仪表设备附近使用对讲机”(保持2 m距离)。

5 结束语

通过此次事件,我们认识到:一个工厂的仪表系统是很复杂的,涉及到很多方面内容;同时仪表系统也是整个系统稳定运行,人身和设备安全的有效保证。为避免受到外界干扰,保证系统的长期安全稳定运行,工厂建设阶段一定要保证施工的质量严格按照设计规范施工;运行生产阶段注意定期对系统进行检查,日常维护中对于可能发生的意外考虑周全。

[1]路径.建筑施工现场临时用电系统的安全配置 [J].河北工程技术高等专科学校学报,2010(2):44-46.

[2]董光天.电磁干扰制备制造技术 [M].北京:电子工业出版社,2011.

[3]林国荣.电磁干扰及控制 [M].北京:电子工业出版社,2003.