自动化仪器仪表安装的抗干扰措施

马睿

(中国石化海南炼油化工有限公司，海南 洋浦 578101)

0 引言

自动化仪器仪表是化工企业日常生产运营中的重要设备之一，对设备精准度以及操作灵活性要求较高。在安装调试过程中，要求技术人员结合前期图纸要求开展工作，以此满足使用需求。然而，有部分企业在电气自动化仪器仪表安装过程中，却经常会出现干扰情况，影响仪表仪器设备的正常使用。

1 化工电气自动化仪器仪表发展现状

在经济社会快速发展的背景下，化工产业已经成为国民经济的重要组成部分。因此，化工电气自动化仪器仪表设备需科学、合理地进行安装使用，应尽量规避设备与设备之间的相互影响与干扰，这样才能够确保设备生产与数据监测过程的精准度。在化工生产过程中，自动化仪器仪表有效解决了传统设备中数据精准度方面的问题，不仅能够实现自动化信息监测，而且还可以强化自动化设备管控，现已经被运用在众多化工企业中。

电气自动化仪器仪表安装主要有以下几种形式：若是按照组合方式划分，主要包括组合式与模块化两种；若是按照结构形式划分，主要有液压与电动两种。无论是怎样的结构形式，都能够精准、全面地记录现场的数据信息并保存至系统中，高效收集数据。此外，可有效处理仪表使用过程中由于外部因素干扰所导致的故障问题。在仪表运作的过程中工作人员不需要开展复杂的数据计算便可以优化数据内容，强化信息检索运用的效率，全面提升仪表运作效率和质量[1]。

2 化工电气自动化仪器仪表被干扰原因

2.1 外界干扰

化工电气自动化仪器仪表在安装过程中会受到多种外部因素影响，其中，最为关键的便是设备故障以及输电线路因素。一般来讲，设备与输电线路在运行过程中会产生一种外部磁场，此磁场会对电气产生严重的干扰。从干扰源的角度来看，通常包含以下几方面因素：首先，射频干扰。此类干扰通常与节点断开弧光放电现象以及发射器装置功率等因素有关，以上环境下会产生严重的电磁波，电磁波会在发散的过程中影响电网导致产生射频干扰问题。其次，工频干扰。是指系统运行过程中变压器等装置在生产运输电力的同时产生电磁场，导致磁场内部的低频信号对周围环境带来严重的干扰因素。最后，感应干扰。一般来讲，对于电气设备运行周围会产生磁场信号，在运行过程中，若是电流出现明显变化，则磁场也会产生波动，一旦信号处于弱点等级，则会在耦合反应的影响下出现感应干扰等情况。

2.2 干扰形式

干扰因素的产生会对电气设备运行产生不利影响，从输入形式的角度分析，通常有以下几种：一是电阻耦合输入方式。此种干扰输入的根本原因在于测量线与电源线之间由于某种原因出现了漏电状况，在漏电的影响下周围出现不同频率的磁场环境，进而对周围的电气自动化仪器仪表安装带来不利。二是电容耦合反应。出现此种干扰输入的根本在于电路之间产生了故障情况。出现这种情况一般是指在静电的影响下出现干扰状况，因此，此类干扰也被称之为“静电耦合”效应。从干扰过程来看，是因为前期干扰线与测量线在安装过程中出现了交叉的情况，导致电路中形成了电容器产生了电场，从而带来外部干扰。三是电感耦合干扰形式。从物理原理分析，任意两电路之间均会产生感应状况，若是其中某个电路在此过程中出现了电流的变化，则会在感应的影响下对另一个电路产生波动，以此出现干扰情况。四是共阻抗耦合干扰。两个电路之间会产生阻抗，即电流在经过阻抗的过程中导致电压持续下降。在此过程中极易对另一个电路带来干扰，导致电压出现波动状况。此时若是多台设备来自同一电源供电，则电源会在输电的过程中出现阻抗。此时任何一个设备的电流出现变化都会对其他周围的设备产生影响，导致信号干扰[2]。

3 化工电气自动化仪器仪表安装优化措施

3.1 转变安装原则

由于化工电气自动化仪器仪表会受到以上因素干扰，因此，在后续工作中便需要技术人员采取针对性的解决对策尽可能地降低干扰带来的不利影响。从干扰信号的产生条件来看，在优化应对过程中需采取以下4 项措施：第一，在安装过程中干扰源与电路之间相关联；第二，要及时处理极易受到干扰因素影响的电路；第三，必须确保干扰源与电路之间存在耦合通道。第四，为确保以上几方面能够顺利开展，还要强化对抑制干扰原则方面的关注。在具体工作中，应先清理好干扰源，例如对电力线进行处理，优化调整其与信号线之间的距离大小。需要注意的是调整过程中应该尽可能地扩大间距，减少干扰影响。此外还可以通过直接对干扰路径进行隔离的手段杜绝干扰因素。对接收电路也要开展优化，应削弱其对干扰因素的敏感度。例如在实际操作中可以更换高输入阻抗电路，以此减少干扰带来的不利影响[3]。

3.2 应用抗干扰技术

物理隔离技术是强化仪表设备抗干扰的重要方式，在高科技发展背景下，部分企业也会运用平衡、屏蔽等手段提高抗干扰质量。其中物理隔离在运用过程中可将噪声污染控制在最小，主要方式为：技术人员借助电力设备完成干扰源与线路之间间距的分析，并通过调整完成优化。在实际操作的过程中，线路的间距优化通常会受到设备结构以及布线情况的影响难以操作，因此在前期要做好系统化分析。一般来说，若是弱信号线，则应该重点关注敷设形式，尽可能地防止与强信号导线之间出现平行等情况，且敷设过程中不可以捆扎多条线路，以防出现安全隐患。此外在物理隔离的过程中还应该注意公用地线的朝向设置，确保能够达到技术运用标准。

平衡处理技术是指通过外部技术处理使干扰因素能够在导线负载中完成自动抵消，从而降低地磁干扰对周围环境的影响。而屏蔽技术的使用则是指在技术运用的过程中使用金属物等材料将电磁线的影响控制在合理的范围内，或者防止干扰因素进入到特定的区域内，以此实现干扰与目标之间的信号隔离，使仪表测量能够正常运行。

3.3 接地安装

3.3.1 安装原则

接地处理是指一点接地，通常情况下，若是点位中出现两个以上的区域同时接地，则极易出现干扰源，影响仪表运行过程中的精准测量。从现有技术运用状况来看，线路电流的幅值大小以及波形状况都会对接地产生影响。在此基础上，接地极状况以及周围的电导率数据也会对干扰情况产生波动。为此，要求相关人员应该先铺设好地极，然后按照标准对其完成抗干扰处理。通常情况下，接地电阻应该被合理控制在5～10 Ω 的范围内，并且数值管控的过程中，越能够接近5 Ω 越好。在后续操作过程中，要确保柜体与柜体之间都已经运用材料与接地铜母线相连接。但是要特别注意对连接的方式有要求，即必须按照并联的形式操作，不能使用串联，是因为在串联的连接过程中，电流极有可能会进入到公共地线中，所以，要以并联的形式减少此情况的出现。除此之外，为了能够进一步减少线路运行过程中产生的接地电阻，技术人员还要在现有基础上尽可能地拓展接地线路与接地母线之间的接触面积，保障柜体接地的科学性与合理性，有效降低此过程的干扰，确保电气自动化仪器仪表的正常运行[4]。

3.3.2 安装要点

柜体接地数量影响仪表的安装质量，只有一点接地时，才能避免干扰源的产生。如接地维持超过两处，便会产生干扰源，因此在实施接地方案时，需考虑仪表的运行特点，贯彻一点接地的原则，按照既定方案完成接地任务，保护仪表运行安全，消除外界因素的干扰，为仪表安装工作顺利开展奠定基础。在实施接地方案时，将控制接地极的电阻值作为工作重点，根据柜体接地需要，选择规格尺寸合适的接地极，工作人员要严格按照规范进行接地，强化安装人员的专业素养。接地母线布设结束后，依照制定的方案，以并联的方式，将各柜体与母线相连，切忌以串联方式连接柜体，防止不同电流同时进入接地线。工作人员必须遵循该原则，适当调整接地方案，确保自动化仪器仪表安装的接地方案合理，起到保护仪表的作用，且不会干扰自动化仪器仪表的正常运行。为控制接地电阻的阻值在合理范围内，检测导线的截面积，判断截面积是否达到设计标准，避免自动化仪器仪表投入使用后，接地线的阻值发生变化，形成干扰源，不利于维持仪表的稳定运行状态。

3.3.3 接地方式选择

两端接地，即将屏蔽电缆金属屏蔽层两侧连接接地，这种接地方式不会使屏蔽层产生感应电压，但金属屏蔽层受磁通影响较大，内部产生电流，假如接地两端的电势存在差异，便会出现电势环流，而这种环流影响信号的强度，使信号失真。单点接地，仅将电缆一端接地，另一端不接地，或以保护的方式接地，应用该接地方式，金属屏蔽层不会被磁通干扰，电缆中传输信号强度不被削弱，信号传输质量较高。两种接地方式的主要差异为，接地点的数量不同，适用范围也不同，实际设计接地方案中，考虑系统的运行需要，灵活设计系统的接地方案，起到保护电路的作用。两端接地适用于数字信号、差分信号传输与动力电缆，当用于数字信号与差分信号传输时，需关注电流的大小，电流过大也会影响信号传输效果。相比较，单点接地适用于信号线布设，通常情况下采用单点接地方案，消除系统的干扰，信号在传输过程中强度不受影响，使信号线保持稳定的运行状态。

3.4 调整导线间距

受电力学影响，当两根平行导线间距离过近时，两根导线会出现互感效应，效应的强弱受到多种因素的影响，包括导线间的距离、导线长度与导线分布方式等，这种现象导致电路负载发生变化时，电源瞬间产生高频震荡电压，干扰线路的正常运行。瞬变电压传输至信号线，对平行于该线路的导线产生干扰，为消除干扰，削弱导线间互感效应是关键。一般情况下，扩大导线间距离，或避免两根导线处于平行状态，是解决该问题的最佳措施。安装人员应考虑仪表安装实际情况，设计导线的布设方式，控制不同导线的间距，尽量设计不同导线之间位置关系为垂直或交叉，借此减少分布电容，维护自动化仪器仪表的运行环境。如布设导线距离长，优先使用双绞线，这种结构导线的优势为不同导线的绞合方向存在差异，产生互感效应的方向相反，减弱产生互感电压的强度，甚至使瞬时电压降至0，具有较强的抗干扰能力，是化工自动化仪器仪表安装常用抗干扰策略，且技术应用成本在合理范围内，安装仪表质量达到标准。当在使用双绞线完成导线布设时，布设方式与普通导线不同，使用绝缘管隔离不同导线，并遵循分层布设原则，科学设计双绞线的布设位置与高度，使不同导线间距离在合理范围内，凸显双绞线的应用优势，解决仪表安装被瞬时电压干扰的问题，安装仪表精度符合化工生产需要[5]。

3.5 规范导线连接

外引导线转接是自动化仪器仪表安装的重要环节，与安装仪表的抗干扰能力关系紧密，务必作为仪表安装人员的工作重点，深入研究仪表安装方案，以正确的方式转接外引导线，在柜体、操作台与控制柜之间设置接线座，实现外引导线的转接。为凸显接线座在仪表安装中的便利性，导线接头通常设计为插座形式，针对此类转接头的特点，使插座两端的触电处于并联模式，保证接线座的安全，外引导线连接顺畅，安装仪表的运行不受外界因素的影响，抗干扰目标得以实现。该环节涉及焊接作业，焊接质量关系到引线转接效果，为此在焊接作业开始前，组织焊接人员学习焊接技术，熟练掌握焊接技巧，焊接位置接触面紧密相连，杜绝虚焊现象的出现，外引导线线路连接顺畅。如外引导线长度极长，此类线路中传输低频信号质量难以保障，为此仪表安装人员在长导线连接位置，设置具有增强低频信号功能的装置，如控制信号放大器等，此类装置的使用保护线路中传输的低频信号，避免其他设备接收信号失真，提高线路抗干扰能力。

3.6 安装附加设备

在自动化仪器仪表安装中，附加设备安装也是关键环节，如附加设备安装不到位，也会成为干扰源，降低自动化仪器仪表的安装质量。安装人员要正确认知附加设备的重要性，制定附加设备的安装规范，约束安装人员的工作行为，使安装的附加设备在仪表运行中发挥应有作用。自动化仪器仪表安装包含多种附加设备的安装，各类设备安装方式不同，安装过程中注意事项也存在差异，分析不同附加设备的作用，明确附加设备的安装特点，是顺利完成附加设备安装的关键。负责人组织安装人员研读附加设备的安装说明，督促安装人员学习设备安装规范，熟悉各类附加设备的安装要点，确保安装设备能够正常运行。以测速发电机为例，该装置为仪表的附加设备，在安装该设备时，安装人员不仅要了解设备安装规范，还需熟悉设备安装可能造成的干扰，谐波干扰与低频干扰最为常见，处理方式各不相同，谐波频率通常在300～400 Hz之间，使用T 型网络即可滤除，而低频干扰的抵御方式为增设滤波器[6]。

3.7 消除电磁干扰

仪表线路接通或切断过程中，无法避免产生高电压，使仪表运行环境受到电磁干扰，导致化工自动化仪器仪表安装出现问题，抗干扰能力被减弱，安装的仪表无法长期稳定运行，容易出现故障，与化工生产需要不符，自动化仪器仪表的应用优势得不到体现。针对这种不可避免的电磁干扰，安装人员可采取多种措施解决，如增加阻容网络、二极管等，预防方法的适用条件不同，实际研究电磁干扰预防方式时，基于仪表安装现场的实际情况，选择最适宜的防电磁干扰策略。除此之外，接入阻容缓冲器同样有助于增强仪表的抗干扰能力，考虑现场电磁干扰强度，选择型号适宜的缓冲器，适用于化工自动化仪器仪表安装现场电磁干扰预防的缓冲器，其电阻值在10～20 Ω 之间，电容范围为0.22～1 F，吸收电路状态发生变化时，产生的瞬时电压。缓冲器的选择标准以安装现场实际情况为依据，优选性能良好的缓冲器，起到降低瞬时电压的作用，减轻产生电磁场的干扰，强化自动化仪器仪表的安装质量。

3.8 屏蔽干扰

屏蔽干扰是强化仪表抗干扰能力的有效措施，安装人员分析不同材料的特性，尤其关注材料的电阻与磁性，通常使用低电阻、弱磁性的材料用于屏蔽干扰信号，制成屏蔽装置，抵御电磁干扰。主动屏蔽与被动屏蔽是最常见的屏蔽方式，工作人员可按照安装需要，选择合适的屏蔽措施，尽最大可能克服电磁干扰。在实际安装仪表过程中，识别干扰源位置，如内部干扰，一般采用主动屏蔽方式；反之采取被动屏蔽策略。在干扰源与仪表之前设置隔离装置，阻隔干扰信号的传播。以屏蔽范围为标准，可将屏蔽方式分为整体屏蔽与局部屏蔽两种。工作人员依据安装目标，确定屏蔽的范围，如决定采用整体屏蔽，屏蔽装置覆盖全部电气室；而采用局部屏蔽方式时，识别电气室中的重点部件，设置屏蔽装置。尽管不同屏蔽方式的实施方式不同，但在实施过程中，都要关注被屏蔽物体的接地方案，倘若接地效果达不到预期，任何屏蔽方式的屏蔽效果都将受到影响。由此在实施屏蔽策略之前，工作人员务必检查被屏蔽物体的接地情况，判断是否符合屏蔽方案实施需要，及时调整被屏蔽物体的接地方案，为实施屏蔽创造便利条件。

4 结语

综上所述，抗干扰技术在化工电气自动化仪器仪表安装中具有较高的应用价值，消除外界因素的不良影响，顺利完成仪表安装任务，使仪表读数准确。相关人员要关注技术领域最新研究成果，学习先进的技术应用理念，适应化工企业不断变化的生产环境，创新应用抗干扰技术的方式，解决传统仪表安装方式的弊端，使仪表长期处于稳定运行状态，延长仪表的使用寿命。