如何提高热工控制仪表抗干扰能力

2014-09-12金键,王修江

中国高新技术企业 2014年19期

金键,王修江

摘要：对于热工控制仪表而言，在实际工作中，由于热工控制信号电压和电流小，并且和众多设备仪器共同使用，必须提高热工信号的准确性，增强控制仪表的抗干扰能力。文章首先分析了干扰的来源，然后介绍了控制仪表对抗干扰的措施，阐述了如何提高热工控制系统的抗干扰能力，最后对常见的热工控制系统事故提出处理的措施。

关键词：热工系统；控制仪表；抗干扰能力

中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）28-0082-03

伴随着科学技术的发展，在热工控制领域，自动化技术和计算机技术得到了广泛的应用，从而使控制仪表的工作准确性有所提升。但是，由于仪表的系统越来越复杂，加上工作环境的严格，就导致仪表在使用过程中面临着众多的干扰因素，影响到仪表正常的功能运行。以下根据实际工作经验，对热工控制仪表的抗干扰提出个人见解，希望能够对热工控制系统以及仪表的使用起到指导作用。

1 热工控制仪表干扰的来源

1.1 电磁干扰

电磁干扰主要来自于控制仪表周围，环境中存在电磁感应，例如：一些设备和装置在工作的过程中会出现电感耦合、电磁畸变等情况。控制仪表一旦受到这些因素的干扰，就会影响到仪表的准确性，严重的情况甚至会破坏控制仪表。因此，电磁干扰对热工控制仪表的影响不容小觑，应该引起工作人员的注意。

1.2 机械干扰

所谓机械干扰，指的是有意或无意间对控制仪表外部进行的冲击和震动。机械干扰会破坏仪表的物理结构，使仪表发生松动、变形等问题。这种干扰，一方面会影响到控制仪表工作的稳定性，另一方面会对仪表的使用功能造成不可逆转的损害。因此，工作人员在操作过程中应该细心处理，尽量避免机械干扰的发生。

1.3 温度湿度干扰

在热工控制领域，工作环境通常温度变化范围比较大，湿度也会比一般的环境高。在这种情况下，控制仪表在工作中受到温度湿度的影响，会直接影响并损害到仪表内部的电阻、电容，从而进一步使元器件产生锈蚀，降低了仪表的工作精度，甚至使仪表的工作性能处于不稳定的状态。

1.4 内部干扰

除了以上几种外部干扰因素外，控制仪表在工作运行的过程中，仪表自身的元器件会产生噪音，例如：变压器噪音、元器件本体噪音、印刷元件噪音等，这些因素都会对控制仪表的工作产生干扰。

2 控制仪表对抗干扰的措施

2.1 供电系统对抗干扰的措施

对于热工控制仪表的供电系统而言，抗干扰措施主要是采用隔离技术。一般情况下，隔离技术分为两种形式，其一是光电隔离法，其二是变压器隔离法。这种方式的本质在于，通过隔离，使干扰信号中断从而避免受到影响。

在DOS系统中，最常使用的是光电隔离技术，其隔离能力最高时能够达到1500V。除此之外，光电隔离技术也可以在脉冲信号、数字信号中应用。从专业的角度来看，光电隔离技术的优点在于，它是由光敏晶体管和发光二极管组装而成的，频率范围很广，基本上不会受到磁场的影响。

在数字控制仪表中，主要应用变压器隔离技术，它的主要特点是能够有效地抑制信号混乱和共模干扰的情况。另外，在PLC系统中，一般情况下电源都是由隔离变压器提供的。在工作运行中，应该注意以下两点：第一，保证屏蔽层接地良好；第二，对于次级连接线而言，应该尽可能地做到减少电源线路之间的干扰。实践显示，使用双绞线作为电源线，能够满足以上要求。

2.2 传输通道对抗干扰的措施

第一，对于传输距离比较长的情况，从保证机械强度的角度考虑，不应该使用直径小于1mm的导线。在选择上，要能够满足实际的抗干扰要求，例如：使用同轴电缆，或者双绞线、屏蔽线等。相关试验显示，使用接地屏蔽线，能够减少干扰。双绞线虽然频带差，但优点是具有较高的波阻抗。由于抗共模干扰的能力比较强，因此可以使电磁感应干扰相互抵消。

第二，在长距离运输的条件下，传输方式选择为差分信号，能够显著提高抗干扰能力。对于同轴电缆而言，在传递高频信号的过程中，优势十分明显。

2.3 接地对抗干扰的措施

在抗干扰的工作中，采用接地的方式能够有效抗干扰。但是，并不是只要接地就能够起到抗干扰的作用，如果接地方式错误，反而会进一步加强干扰。对热工控制系统来说，接地系统包括以下四个部分，分别是保护地、交流地、屏蔽地、系统地。一旦接地错误，就会使接地点的电位分布不均，从而产生地电流，对正常的系统运行产生严重影响。

举例来说，电缆的屏蔽层在接地操作时必须单点接地。如果错误地应用了两点接地的方式，就会在电流经过的时候形成屏蔽层，在雷击等异常情况下会使地线电流急剧上升，从而损坏设备。保护接地的作用是使热工控制系统中的非带电金属也可以和大地相连，从而对设备和工作人员起到安全保护的作用。不仅如此，还可以避免静电的积聚。对于保护接地而言，要想达到较好的效果，就要保证接地电阻在4欧姆以下。

另外，工作接地的优势包括以下两个方面：其一，能够保证热工控制系统实现可靠的运行；其二，能够确保测控精度处于要求的范围内。工作接地包括以下几个部分，分别是信号回路接地、机器逻辑接地、屏蔽接地、系统接地、本安接地。信号回路接地是返回信号的负端，模拟量的输入、输出是非隔离式的。机器逻辑接地作用在计算机内部的电频公共地。屏蔽地也是模拟地，能够有效避免电磁场对仪表和信号产生干扰，屏蔽网接地应该一端接地，防止出现闭合回路的干扰。系统地也就是系统的24V电源地，能够为DOS系统提供基准点。本安接地主要在防爆接地中应用。

2.4 滤波对抗干扰的措施

对于热工控制仪表的差模干扰和共模干扰，滤波是主要的干扰抑制方式。在实际的工作过程中，如果仪表工作现场的环境中电磁干扰比较强烈，第一想法就应该是在仪表的控制回路上加入无源阻容滤波，能够将电磁干扰降至最低。endprint

除了无源阻容滤波之外，使用RC无源滤波也能够对电磁干扰起到一定的抑制作用。在有源滤波上应用放大器，也可以起到降低干扰的作用。

3 提高热工控制系统抗干扰能力的策略

3.1 物理方式隔离

物理隔离能够保证绝缘的质量，因此是二次影响最小的一种方式。实际操作过程中要注意以下事项：第一，要确保绝缘材料的质量，具有良好的绝缘效果，能够有效防止漏电情况的发生。第二，要科学铺设绝缘电路，铺设过程中要按照不同的规格将电线分开，不要使线路发生缠绕和覆盖。第三，电线的信号具有强弱之分，如果使用相同的电阻，并且接地方式也是相同的，就容易产生电压差，导致电流感应的发生。因此，为了避免这种现象发生，信号较强的电路使用长线进行连接，信号较弱的电路使用短线进行连接。

3.2 对干扰信号进行屏蔽处理

对于干扰信号而言，只要热工设备运行就会产生。因此，干扰信号是一定会产生的，所以只能采取屏蔽信号的方式使干扰有效减少，同时减少工作流程。屏蔽设备主要包括以下几个部分：电路盒子、电路元件、信号线、金属导体。屏蔽设备的工作原理在于，它能够将正常信号和干扰信号分隔开来。干扰信号和正常信号在电流性噪音超声的耦合现象上是不同的，因而可以有目的性地屏蔽部分信号，从而抑制干扰作用。在实际的工作运行过程中，也会有静电感应产生，通过屏蔽电缆就可以解决这一问题。

3.3 平衡抑制

平衡抑制，要利用电路的自身特点。电路具有平衡关系，通过合理利用可以使电位差产生，从而和干扰信号相互抵消，达到抑制干扰的作用。在实际的操作中，平衡体现的方式是双绞线，对于减少干扰具有非常明显的作用。

3.4 接地保护

采用接地保护的方式，一方面能够确保系统的安全性能，另一方面可以保护工作人员的人身安全。在接地处理过程中，一般使用两种模式：其一，在金属部分连接出一个导线，导线和大地相连。这样的好处在于仪器和设备发生短路时，短路电流不会通过设备，而是直接进入大地，从而保护了仪器设备。其二，耦合过程中会产生电压差，它可以与大地产生消除。以上两种模式的共同点在于，可以减弱干扰信号，避免产生抑制差模和共模，达到保护系统的目标。

4 常见事故处理

4.1 水泵跳闸造成机组跳闸

一般夏季由于水温较高，容易产生大量的负荷，这样就会使循环系统处于高温模式，继而发生跳闸现象。面对这种情况，应该检查整个DOS系统，重点检查仪表、跳闸信号、热工保护信号。然后对干扰信号的产生原因进行排除，停止运行信号，开展保护工作。

4.2 发电机氢温保护误动作

在整个热工控制系统中，最容易产生电磁干扰的电缆是6kV母联倒阀动力电缆。之所以容易产生干扰，是因为热电阻信号和热电耦合信号之间会产生电位差。对于这一情况，可以在实际工作中设置屏蔽双绞线，从而改变电流的走向，对电磁干扰起到抑制作用。

5 结语

综上所述，热工仪表的控制系统是比较复杂的，功能比较多，这就促使电力机组工作过程中会对它产生较多的干扰，从而导致控制仪表发生故障。在实际的工作操作上，应该充分了解仪表的原理和系统，能够针对干扰问题采取有效的措施，从而保证控制仪表的使用性能，促进电厂的安全生产，提高经济效益。

参考文献

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