转油站电子自动化控制接地抗干扰技术*

王晓娟 马晓波 龚乃建 内蒙古电子信息职业技术学院

转油站电子自动化控制接地抗干扰技术*

王晓娟 马晓波 龚乃建 内蒙古电子信息职业技术学院

为避免生产过程中多种干扰因素，在油田电子自动化控制装置中添加了抗干扰抑制技术。系统通过电容、电感等变化的数据信息来传递计算机数字化信号，将这种变化的数字信号转化为传输的抑制波形。通过接地技术，可以给电路系统中的全部单元电路提供一个公共参考的零电位，从而满足电路系统的持续工作；此外，通过机壳接地的方式，可以让由静电感应而产生在机壳上的大量电荷得到释放，避免了集中化电荷形成高压电。转油站为了避免紧急事故的发生，专门配备了专业的紧急切断ESD系统，负责时刻监控工作流程的安全性。

电子自动化；控制系统；接地抗干扰；静电屏蔽；电磁屏蔽

1 自动化控制装置干扰因素

（1）电子静电干扰。静电干扰指的是电子自动化控制系统中的电子元器件（如电容元件、电感元件等）在控制系统通电运行情况下，各种复杂控制电路中电容、电感线圈耦合引起整个控制电路回路中电压变化，从而对控制系统控制功能发挥起到干扰的一种电磁干扰现象。目前石油工业生产领域中，电子自动化控制系统中受到来自于电动机、发电机线圈绕组、各种变压器铁芯、磁性材料、继电磁控制开关等因素影响，在通电运行过程中就会产生多种动态变化的感应电动势，进而影响整个控制电路局部电压、电流变化，对智能计算机控制终端发出的各种指令信号产生干扰作用。

（2）线圈绕组磁场耦合干扰。石油开采现场应用的大型发电机、电动机、变压器中存在的线圈绕组产生磁场耦合是一种自发感应式干扰模式，产生该现象原因主要是电子控制电路导线中局部流过高强度电流时，会在其周围产生动态变化的感应电磁场，动态变化电场会向周围辐射电磁波[1]。目前，石油工业中较为普遍的电磁辐射干扰情况可以分为以下几种：强电流导致电磁辐射、电磁式触点电子开关通电瞬间产生电火花光波辐射干扰等，这些干扰信号很容易与控制电路中传输的控制信号电磁波相互混合，导致控制装置控制信号不能被设备有效执行。

（3）电路共模干扰因素。油田电子自动化控制系统中控制电路与智能终端设备之间大多采用发动器控制电路来完成控制信号的高效传输。油田自动化控制系统工作环境非常恶劣，多数重型机械设备工作过程中都会产生辐射电波。控制电路中元件接收到感生磁动势与电动势时，会在双向输出电路中产生两个完全相同的干扰信号，使控制系统计算机分辨不出信号中是否存在干扰信号，造成油田电子自动化控制系统在信号传输过程中信号失真或者受损，影响智能控制系统的运行效果。

（4）阻抗干扰因素。转油站自动化电子控制系统电路中存在较多电容与电感元件，由于功能需要，电阻与电感往往会与局部电子回路中的公用传输导线相连接，因此当控制系统通电运行后电流流过某一局部回路公用传输导线时，因导线上存在电阻、电感就会造成压降。公用导线上产生的阻抗压降也会影响到其他控制回路，从而形成共阻抗干扰。共阻抗干扰现象会使控制电路中电流、电压产生瞬间变化，并且该现象在高频电流区更加明显。

（5）漏电耦合及电网干扰因素分析。自动化电子控制系统中存在的漏电耦合干扰原因是控制装置的内部控制电路或者其与外部信号传输线的交接处进行了绝缘化处理。由于控制电路中复杂的电磁变化影响使绝缘体之间依然存在感应电磁关系，从而使控制系统内部存在所谓的漏电现象，造成电能大量浪费的同时形成漏电耦合干扰现象，影响系统功能发挥。

2 抗干扰抑制措施

为避免生产过程中多种干扰因素，在油田电子自动化控制装置中添加了抗干扰抑制技术。系统通过电容、电感等变化的数据信息来传递计算机数字化信号，将这种变化的数字信号转化为传输的抑制波形。

（1）静电屏蔽抑制静电干扰。转油站电子自动化控制系统中针对普遍存在的静电干扰现象，所采取的抑制措施主要是利用静电屏蔽的方式将干扰信号逐渐弱化甚至消除。静电屏蔽技术原理是：处于静电平衡状态下的导体内部电势处处相等，导体内部不存在电场，采用将导电装置用保护导线接地处理的方式使控制设备与相对应的干扰源静电屏蔽[2]。

（2）电磁屏蔽抑制线圈绕组磁场耦合干扰。转油站自动化电子控制系统与设备工作环境非常恶劣，电动机、变压器等设备往往会产生较强的感生电磁场，并向周围辐射电磁波，从而对控制系统中的控制信号传输电路产生较强干扰。电磁屏蔽抑制线圈绕组磁场耦合干扰原理与静电屏蔽原理相似，通常是采用导磁率较高的材料接入自动化控制系统中，屏蔽体能够吸收周围环境中游离电磁波干扰信号，有效抑制干扰信号。

（3）电磁屏蔽抑制电磁辐射干扰。电磁辐射干扰信号产生主要原因是高频率的电流感生出的瞬变电磁场，对油田生产信号产生巨大的干扰。转油站自动化控制系统抑制电磁干扰技术原理是：利用铝、铜及合金在电阻率很低的金属材料上制成网状导线屏蔽层，当外部产生高强电磁场时，就会在网状屏蔽层内产生电磁涡流。涡流的产生能够有效降低干扰电磁波信号的强度，甚至可消除内外部感生电磁场对自动化控制系统产生的干扰现象。

（4）抑制阻抗干扰。共阻抗干扰在转油站自动化电子控制系统中较为常见，控制电路的局部电子回路中的公用导线上会产生共阻抗干扰，主要分为电源共阻抗与公用导线共阻抗干扰两种方式。抑制电源共阻抗干扰可提高电源有效输出功率并降低电源系统存在的内阻抗，例如采用截面积较大、长度较短的电源线与接地线，可抑制共阻抗干扰。

3 接地抗干扰技术

在油田钻井环节，接地抗干扰技术主要解决两方面的问题：①避免地环电流干扰；②减少公用地线阻碍的干扰。通过接地技术，可以给电路系统中的全部单元电路提供一个公共参考的零电位，从而满足电路系统的持续工作；此外，通过机壳接地的方式，可以让由静电感应而产生在机壳上的大量电荷得到释放，避免了集中化电荷形成高压电，引起机器设备产生火花[3]。选择适当的接地，可以对电路起到很好的屏蔽效果，避免在雷电天气发生电磁感应而影响设备运行。根据接地抗干扰技术的特点，大致可以分为四类：①悬浮接地式；②单点接地；③多点接地；④混合接地。

电子自动化抗干扰技术为油田转油站的有效运行提供了技术保障。转油站生产管理一般利用了以计算机为基础的PLC控制系统，可以在油站控制中心的大屏幕中显示各个系统采集的数据、工艺流程图、实时工作图像等，做到了远程无人监控。转油站为了避免紧急事故的发生，专门配备了紧急切断ESD系统，负责时刻监控工作流程的安全性。ESD系统还能够对处于事故状体的设备、生产装置、火灾装置等进行开关切断。在油水泵房和气体压缩机房、原油处理装置房、气体处理区等地方配备了有毒气体检测器，实现了电子自动化检测气体。

4 结语

电子自动化控制系统抗干扰技术措施可从两方面着手，一种是将原有运算放大器控制电路改成隔离运算放大器控制电路，将设备线路间的电流、电压信号实施隔离，使动态变化的电流控制信号转化为数字化控制电路，从而降低通电电子元件周围辐射电磁波的干扰，便于智能控制终端能够高效接收控制信号。另一种是将辐射的感生电磁波利用特殊技术手段过滤掉，使控制信号强度提高，提高控制信号传输过程中的辨识强度，将干扰影响降到最低。通过实验及实地应用，发现两种干扰抑制技术皆可发挥巨大功能，提高油田生产效率。

[1]卢俊棋．论工业电子自动化控制装置常见干扰及对策[J]．广东科技，2008（24）：57-59．

[2]潘峥嵘．基于GPRS的油田抽油机远程在线监控系统的设计与实现[J]．工业仪表与自动化装置，2008（2）：23-24.

[3]文波．基于嵌入式系统的远程抽油机示功仪的设计[D]．武汉：武汉理工大学，2006.

（栏目主持 关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.036

基金论文：内蒙古自治区高等学校科学研究项目基金“切换系统的稳定性分析、控制及其应用”（NJZC13349）。