內(nèi)容編輯摘 要：隨著冶金行業(yè)自動(dòng)化程度的飛速發(fā)展，大量的儀器儀表在冶金過(guò)程中投入使用。雖然這些儀器儀表都進(jìn)行了抗干擾設(shè)置，但是由于各種原因，在使用過(guò)程中仍然會(huì)受到各種各樣的干擾信號(hào)，對(duì)測(cè)量監(jiān)控工作造成了很大的影響。本文就馬鋼二鐵4#高爐熱風(fēng)爐項(xiàng)目中儀表受到干擾進(jìn)行分析說(shuō)明，并提出了解決辦法；同時(shí)展開(kāi)分析儀表在使用過(guò)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(diǎn)抗干擾的有效措施，希望可以對(duì)相關(guān)的技術(shù)人員提供一些有價(jià)值的參考資料。
引言
在馬鋼二鐵4# 高爐熱風(fēng)爐項(xiàng)目調(diào)試過(guò)程中，助燃風(fēng)機(jī)的測(cè)振儀表由于現(xiàn)場(chǎng)的安裝和工作環(huán)境的復(fù)雜性、電源波動(dòng)、儀表自身的質(zhì)量還不是很完美及其他未知因素的干擾等多種原因，導(dǎo)致了儀表的工作穩(wěn)定性大大降低，儀表讀數(shù)的精確性受到很大影響，調(diào)試故障頻發(fā)，給風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行帶來(lái)了重大隱患。經(jīng)過(guò)如下處理方法，解決了上述問(wèn)題，保證風(fēng)機(jī)穩(wěn)定安全地運(yùn)行。Di一，對(duì)測(cè)振儀表本身進(jìn)行更換；第二，對(duì)軸承進(jìn)行清洗；第三，對(duì)儀表安裝距離的調(diào)整。
為防止各種干擾對(duì)設(shè)備產(chǎn)生不利影響，保證系統(tǒng)可靠地運(yùn)行，下面就儀表使用過(guò)程中受到的干擾類型及干擾源進(jìn)行全面地分析說(shuō)明，并提出了幾點(diǎn)抗干擾的有效措施。
1 干擾信號(hào)的常見(jiàn)類型
1.1 電磁感應(yīng)造成的干擾
在冶金廠的工作現(xiàn)場(chǎng)存在很多電感或者變壓器，當(dāng)這些設(shè)備出現(xiàn)漏感的情況，就有可能造成由于磁感線穿過(guò)電路時(shí)出現(xiàn)電磁感應(yīng)的現(xiàn)象，在干擾電路中產(chǎn)生不可控的干擾電流。即使是有2 個(gè)回路電路相隔比較近時(shí)，也有可能會(huì)產(chǎn)生電磁效應(yīng)。其中1 個(gè)電路由于電流的變化產(chǎn)生電磁的變化，另1 個(gè)電路由于在電磁場(chǎng)的變化而產(chǎn)生1 個(gè)感應(yīng)電流。在電路中，由于信號(hào)傳輸回路引起的干擾電壓服從正態(tài)分布，且可以計(jì)算出，但是由于其變化不可控，造成對(duì)在測(cè)量過(guò)程中無(wú)法對(duì)這部分干擾進(jìn)行有效地消除，從而對(duì)測(cè)量監(jiān)控造成了一定的難度，也大大降低了儀表讀數(shù)的準(zhǔn)確性，無(wú)法為工作過(guò)程提供有效的數(shù)據(jù)信息。
1.2 靜電感應(yīng)造成的干擾
在儀器的使用過(guò)程中，如果由于電器元件出現(xiàn)問(wèn)題，就有可能出現(xiàn)電荷在回路電路的電器元件上進(jìn)行儲(chǔ)存，并且當(dāng)電荷量達(dá)到一定值的時(shí)候，會(huì)自己產(chǎn)生發(fā)電的情況，這種情況就成為“靜電效應(yīng)”。這樣干擾的危害不僅僅局限于對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性的影響，甚至對(duì)整個(gè)電路也會(huì)產(chǎn)生破壞性的影響，因?yàn)楫?dāng)電荷量過(guò)高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生比較高的電壓，在高電壓的影響下，電路中的電流會(huì)發(fā)生大幅的突變，對(duì)于整個(gè)電路的影響是十分致命的。需要認(rèn)識(shí)到這種干擾雖然不是持續(xù)性的，往往發(fā)生在一段時(shí)間內(nèi)，但是其危害卻十分巨大。
1.3 設(shè)備本身造成的誤差干擾
所有的儀表元件在生產(chǎn)過(guò)程中都要進(jìn)行測(cè)試和標(biāo)定工作，這也就意味著假如標(biāo)定不是很準(zhǔn)確的話，在以后的使用過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的誤差干擾。標(biāo)準(zhǔn)器件誤差、裝備誤差和附件誤差[1] 都屬于測(cè)量誤差。因此，在使用過(guò)程中假如存在這樣的干擾，在儀器的整個(gè)使用過(guò)程中，都會(huì)一直影響測(cè)量監(jiān)控工作。雖然很多技術(shù)人員在儀表使用過(guò)程中會(huì)對(duì)儀表進(jìn)行比較誤差的測(cè)量，但是對(duì)于技術(shù)人員的要求就比較高，很難保證每1 個(gè)儀器儀表的比較誤差都能得到有效地控制。因此，設(shè)備本身造成的誤差干擾對(duì)儀器儀表的準(zhǔn)確性也有著很大的影響。
2 干擾源的產(chǎn)生及其特性分析
由于工作環(huán)境存在很多的電氣設(shè)備，所以很多工作對(duì)于其他工作都存在產(chǎn)生干擾的可能，也就是任何一個(gè)不經(jīng)意的操作都有可能成為干擾源，對(duì)儀表的使用造成很大的影響。在冶金行業(yè)主要常見(jiàn)的干擾源大至有以下幾種。
1） 電器開(kāi)關(guān)的使用。當(dāng)在儀表的工作過(guò)程中打開(kāi)或者關(guān)閉電器開(kāi)關(guān)，就會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)信號(hào)，當(dāng)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)進(jìn)行斷開(kāi)和接觸操作時(shí)，回路中的電流就出現(xiàn)瞬間變化的情況，從而產(chǎn)生頻率很寬的擾動(dòng)信號(hào)。如果現(xiàn)場(chǎng)存在大量開(kāi)關(guān)，這種干擾就是持續(xù)的，不間斷的。
2） 動(dòng)力電源性的干擾。在冶金現(xiàn)場(chǎng)會(huì)存在很多的電力輸送線路，當(dāng)電力輸運(yùn)線和儀表的信號(hào)輸送線相離比較近時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)輸送電流的變化對(duì)儀表測(cè)量的信號(hào)產(chǎn)生干擾的情況，產(chǎn)生干擾電流和干擾電壓，這些對(duì)儀表讀數(shù)的穩(wěn)定性造成很大的影響。
3） 可控硅裝置[2] 的影響。在現(xiàn)代的測(cè)量?jī)x表中，很多都要求正弦變化的電源信號(hào)，但是可控硅裝置對(duì)這部分儀表會(huì)造成電源的正弦波形產(chǎn)生變化，出現(xiàn)失真的情況，并且當(dāng)回路電路中存在可控硅裝置時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生高電平諧波干擾，這對(duì)于需要正弦電源信號(hào)的測(cè)量?jī)x器是致命的。
4） 容量比較大的變壓器或者電動(dòng)機(jī)。變壓器或者電動(dòng)機(jī)都可以產(chǎn)生比較強(qiáng)的電磁效應(yīng)。因此，當(dāng)電流信號(hào)變化時(shí)，就會(huì)造成電磁場(chǎng)的大幅變化，從而對(duì)于儀器儀表的測(cè)量造成很大的影響。
5） 接地的影響。由于工廠的大部分設(shè)備都需要接地處理，所以在兩個(gè)接地點(diǎn)之間存在5 ～ 6V 大小的電壓，就會(huì)產(chǎn)生電流并通過(guò)大地進(jìn)行傳播。如果儀器儀表在傳播范圍內(nèi)，就會(huì)對(duì)測(cè)量電流產(chǎn)生干擾，從而影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。
6） 脈沖數(shù)字設(shè)備的干擾。干擾頻率和幅值為開(kāi)關(guān)線路上升時(shí)間的函數(shù)，上升時(shí)間可以是毫微秒數(shù)量級(jí)，故干擾頻率達(dá)數(shù)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(dāng)電壓達(dá)到一定的臨界值時(shí)，其重復(fù)次數(shù)是電源頻率的兩倍，從而產(chǎn)生的干擾信號(hào)比較強(qiáng)烈，這對(duì)于儀器儀表的測(cè)量信號(hào)有著很大的影響。
3 儀表抗干擾的有效措施
3.1 對(duì)于干擾源的隔離處理
大量實(shí)踐表明，儀表抗干擾的Zui有效的措施就是找出干擾源并對(duì)其進(jìn)行隔離屏蔽處理，將儀表的電源線和信號(hào)傳輸線都進(jìn)行濾波處理，同時(shí)對(duì)外部的電線、電纜都進(jìn)行有效地屏蔽，這樣就可以Zui大限度阻止干擾信號(hào)的傳播。
此外，也可以采取在電源或者電機(jī)兩端布置電感比較小的電容器[4]，從而可以阻止干擾信號(hào)的產(chǎn)生。但是，這種辦法需要對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)的導(dǎo)線都進(jìn)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(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
3.2 改善電氣配置
由于冶金現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備比較多，所以如何合理地布置電氣設(shè)備就成為一個(gè)問(wèn)題。在工藝可以滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，要盡量把可能產(chǎn)生干擾信號(hào)或者成為干擾源的線路或者元件進(jìn)行集中布置，這樣可以盡可能地減少干擾信號(hào)的干擾范圍，并且一些很容易產(chǎn)生干擾信號(hào)的電器元件要盡量減少使用或者不用，使用其他不易產(chǎn)生干擾源的裝置替代。
此外，所有應(yīng)該有接地處理的設(shè)備都應(yīng)該進(jìn)行接地或者配置與金屬匯線橋架內(nèi)，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(yīng)干擾[5]。如果必須將動(dòng)力電纜線與儀表信號(hào)線合用統(tǒng)一匯線橋架內(nèi)，可以通過(guò)屏
蔽隔板的方法將其分開(kāi)，從而減少對(duì)外部靜電效應(yīng)產(chǎn)生的干擾效應(yīng)。
3.3 對(duì)信號(hào)傳輸線、纜進(jìn)行穿金屬管處理
由于冶金現(xiàn)場(chǎng)的工程機(jī)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(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于各個(gè)線路的布置要進(jìn)行合理的規(guī)劃。對(duì)于一些使用微弱電流或者直流電的儀器來(lái)說(shuō)，要盡量避免和交流電源線共同使用一根線纜或者在一個(gè)金屬管內(nèi)，或者進(jìn)行分隔處理，如圖1所示?；蛘邌为?dú)進(jìn)行穿管處理，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，這部分線纜進(jìn)行穿管處理之后的靜電干擾可以衰減幾個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，穿管處理對(duì)于靜電干擾的作用是十分巨大的。但是其對(duì)電磁干擾的作用很小，可以采取加厚金屬管的方法加大對(duì)電磁干擾的抑制，同時(shí)，管壁愈厚，電磁感應(yīng)衰減率愈高; 管壁愈薄，靜電場(chǎng)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。基于筆者多年的工作經(jīng)驗(yàn)，建議采用這種辦法進(jìn)行靜電干擾的處理。但加厚管壁必然會(huì)大幅度的增加成本或布置難度，也要滿足現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的要求。
加隔板的匯線槽
Fig.1 Adding separator line slots
3.4 儀表系統(tǒng)接地的處理
在現(xiàn)在很多儀表的使用過(guò)程中，儀表系統(tǒng)和交流低電壓電器設(shè)備使用一個(gè)接地裝置，這種情況往往會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備和儀表的電路接通。雖然沒(méi)有直接相連，但是通過(guò)大地的連接作用，即使會(huì)有比較弱的電流變化，也已經(jīng)足以對(duì)儀表的正常工作造成很大的影響。對(duì)于這種情況，現(xiàn)在還沒(méi)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(hào)傳輸線路中盡可能采取直徑比較大的信號(hào)傳輸線，從而增強(qiáng)抗干擾的能力。
2） 避免對(duì)線路進(jìn)行串聯(lián)，要盡量使用并聯(lián)方式進(jìn)行連接。
3） 要盡量保證屏蔽層、導(dǎo)管或者儀表柜的接地質(zhì)量。
當(dāng)然，除了這些處理辦法之外，還可以對(duì)儀表進(jìn)行單獨(dú)的接地處理?？梢詾閮x表設(shè)置單獨(dú)的接地點(diǎn)，從而保證儀表系統(tǒng)都有1 個(gè)統(tǒng)一的參考點(diǎn)，也可以盡可能地避免外界的感應(yīng)干擾，抗干擾效果比較理想。目前單獨(dú)的儀表接地系統(tǒng)大致有3 種形式：樹(shù)干型、輻射式和混合式。這3種接地模式主要考慮設(shè)備的工作頻率和地線阻抗的關(guān)系。具體使用辦法，請(qǐng)參考《工廠配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》進(jìn)行確定。
3.5 本安信號(hào)傳輸線配線及其他問(wèn)題
為了控制和本安信號(hào)相連接的設(shè)備，必須對(duì)傳輸線纜的LC 值進(jìn)行校驗(yàn)處理，這樣對(duì)于安全火花型的本安線路來(lái)說(shuō)，可以增強(qiáng)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(shí)代的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，相應(yīng)的軟件也更加強(qiáng)大。因此，相關(guān)的技術(shù)人員可以開(kāi)發(fā)一些軟件對(duì)儀表的抗干擾能力進(jìn)行加強(qiáng)。
4 結(jié)束語(yǔ)
隨著冶金行業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，儀器儀表等設(shè)備被廣泛地使用。而對(duì)于儀表使用Zui大的問(wèn)題就是干擾的問(wèn)題。因此，在使用過(guò)程中相關(guān)技術(shù)人員必須充分重視這個(gè)問(wèn)題，如果發(fā)現(xiàn)儀表讀數(shù)出現(xiàn)異常，需要及時(shí)對(duì)儀表進(jìn)行檢測(cè)，并分析產(chǎn)生誤差的原因。只有這樣才能保證設(shè)備安全、穩(wěn)定地運(yùn)行和企業(yè)長(zhǎng)久地發(fā)展。
作者簡(jiǎn)介
侯勝華（1985-）， 女 ，安徽皖泗縣人，本科，安徽馬鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，工程師， 研究方向: 自動(dòng)化儀表。
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