自动化仪表系统的干扰分析及解决方案

自动化仪表系统的干扰分析及解决方案

魏勇超

陕西龙门钢铁有限责任公司轧钢厂陕西韩城715405

摘要：众所周知，如果现场测量的数据不准，将会直接影响接下来的施工措施，而针对测量，环境需求又比较高。然而现场使用的显示仪表由于环境条件复杂，加之被测参数大多被转换成微弱的低电平电压信号，并经长期距离传送到显示仪表，因此除有用的信号外，还会有一些与被测信号无关的干扰信号夹杂其中，它将影响测量结果的正确性，严重时会使仪表无法工作。本文重点讲解引起仪表干扰的因素，以及解决干扰的办法，帮助仪表人稳定有序的开展工作。

关键词：自动化仪表；干扰分析；解决方案；开展工作

1干扰分析

干扰的形成是因为有干扰源的存在。干扰源有很多种，通常所说的干扰是指电磁干扰。但是广义上热噪声、温度效应、化学效应和振动等都可能给仪表系统造成干扰,如果不能及时有效地排除这些干扰的影响，仪表系统就不能正常工作。

1.1干扰信号分类

1.1.1按干扰耦合的形式分类

（1）静电干扰。静电干扰是干扰电场通过电容耦合方式，在仪表系统的信号线上产生的干扰。在仪表系统中信号线上的2根平行导线之间存在有分布电容，通过分布电容的耦合，1根导线上的电位会在另1根导线上感应出相应的电位。当这2根平行的信号线和动力线近距离敷设时，由于动力线到2根信号线的距离不同，所产生的分布电容也不同，从而在2根信号线上产生电位差。电位差可以是毫伏级或更高的电压级别。（2）电磁干扰。电磁干扰分传导干扰和辐射干扰2种。仪表系统的传导干扰是指通过仪表信号线引入的干扰；辐射干扰是指干扰磁场通过辐射方式对仪表系统信号线产生的干扰。仪表系统工作环境中的电磁干扰主要来自装置区内部电力或电子设备的交变电流产生的交变磁场，这种变化的磁场会使得该磁场范围内的仪表测控回路产生相应的感应电势。（3）漏电耦合干扰。漏电耦合干扰是指由于回路间绝缘不好，高电位回路通过绝缘电阻向地电位回路漏电而引起的干扰，这种干扰的大小与回路间的绝缘电阻值成反比。（4）共阻抗耦合干扰。共阻抗耦合干扰是指在2个及以上回路中共用1个阻抗，当1个回路有电流产生时，就会在另1个或多个回路上产生相应的干扰电压。这类共阻抗耦合干扰有3种，分别是电源内阻共阻抗耦合干扰、公共地线共阻抗耦合干扰和信号输出电路共阻抗耦合干扰。

1.1.2按干扰模式分类

（1）串模干扰信号串模干扰是指在仪表输人端之间出现的干扰，也就是叠加于被测信号上的交流干扰电压，这种干扰又称为“差模干扰”“横向干扰”或“端间干扰”。串模干扰的幅值极为有限，但是因为这种干扰与被测信号所处的地位相同，所以一旦产生串模干扰，就不容易消除。当串模干扰的幅值与仪表回路的实际信号幅值相接近时，就会导致仪表系统出现异常，甚至无法正常工作。串模干扰的来源主要是大功率变压器、交流电动机、变频器等电气设备产生的较强的交变磁场。（2）共模干扰信号共模干扰一般指在2根信号线上产生的幅度相等，相位相同的干扰，这种干扰又称为“对地干扰和”“纵向干扰。”仪表系统的共模干扰信号的幅值可能达到几伏至几十伏的范围，通常对于平衡测量回路，共模干扰不会对其测量产生影响，但是，对于不平衡回路，共模干扰就会被转化为串模干扰，对测量结果产生影响。共模干扰的来源主要是高压动力线、高压电源等强电场。

1.1.3按干扰源的类型分类

（1）外部干扰信号。来自仪表系统外部的干扰称为外部干扰，它与仪表系统本身无关，由外部环境（仪表系统周围的电和磁）决定。在生产装置区的电气电源、大型电机、电气开关、变频器、动力电缆等都属于仪表系统的外部干扰源。（2）内部干扰信号。内部干扰是由于仪表内部的电子线路的热效应和散粒效应所造成的，内部干扰的抑制是仪表电子线路设计单位和制造单位研究解决的问题。

1.2干扰源的干扰机制

由于仪表系统的测控信号都是经一定距离传输的弱电信号，所以传输过程中不可避免地会受到周围的磁场、电场等干扰源的干扰。干扰仪表系统的干扰源主要包括装置区内电气设备和动力电缆产生的的辐射干扰和仪表系统电源线、信号引线、接地等引进的系统外引线干扰。

1.3干扰的影响

干扰对仪表系统的影响十分严重，静电干扰和电源干扰会对仪表元器件造成较大地损坏，严重时会造成仪表无法工作。电磁干扰会使仪表系统接收到的信号失真，甚至会出现错误的信号，这样，经过仪表系统处理而输出的信号也会是错误的，会对生产造成不可估量的损失。

2自动化仪表系统的干扰问题与解决方式

2.1抑制干扰的原则

在自动化仪表系统的实际运行中，不可避免地存在着干扰现象。对于内部干扰而言，自动化仪表系统的结构设计是产生干扰的关键性因素，可采取优化系统结构布局、改进生产工艺等方法，将内部干扰控制在系统可靠运行允许的范围内。对于外部干扰而言，由于干扰形式多样且具有随机性，所以要根据具体情况采取相应的处理方法。从整体上来看，抑制自动化仪表系统干扰应遵循以下原则。针对性原则。在抑制干扰过程中，要分清干扰类型、干扰性质、干扰来源等，采取针对性的抗干扰措施，将干扰控制在自动化仪表系统可接受的程度。

2.2干扰的抑制方法

2.2.1仪表电源干扰的抑制

在自动化仪表系统中，共存着数字电路与模拟电路。由于电源端口最易受电磁干扰，所以必须采取有效的抑制措施。具体的，①分开数字电路的电源模拟与电路的直流电源，减小数字电路直流电源内阻，从而降低数字信号对模拟电路的干扰。②将滤波器安装在电源端口是常见的干扰抑制方法，但是这种方法对具有上百兆赫兹以上的频率噪声无法起到良好的抑制效果。为此，建议将群脉冲干扰抑制器安装在仪表电源中，不仅能够向信号源反射低频干扰信号，而且能够有效吸收高频噪声，通过反射与吸收相结合，达到良好的抑制干扰效果。

2.2.2印制电路板干扰的抑制

印制电路板是提供电路器件电气连接的重要硬件部分，其性能与自动化仪表的性能密切相关。为了控制自动化仪表系统的成本，经常采取均匀布局、减少空间的做法设计印刷电路板，但是没有考虑电磁的兼容问题，进而导致信号辐射的产生。为了解决这一问题，可采取以下做法：①适当加粗电源线和地线，将其分别布设在印制板的两面，有效避免因电源线和地线过细而造成电源和电位随负载变化，抑制噪声产生。②分割印制电路板上的元器件空间，集中放置同组的元器件，确保元器件之间互不干扰。先按照电源和电压对元器件进行初步分组，而后再按照数字与模拟、电流的大小进行细分组，保证组内的元器件具备相关性，统一元器件的排列方向。

2.2.3单片机干扰的抑制

自动化仪表系统的微处理器通常为单片机系统。为保证单片机系统稳定运行，必须提高输入和输出信号的正确性。数字电路和模拟电路是单片机应用系统的组成部分，两部分存在着相互干扰，主要表现为线间耦合形成的串扰通路以及辐射对电源造成的干扰。所以，应对单片机系统采取有效的干扰抑制措施。

结语

综上所述，自动化仪表系统作为工业生产中不可或缺的重要组成部分之一，其运行稳定与否至关重要。如果出现干扰问题，则会对系统的运行可靠性造成影响。为此，必须在分析干扰问题的基础上，针对系统中的重要组成部分，采取合理可行的干扰抑制措施，从而最大程度地降低干扰，保证系统正常运行。

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