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电气仪表设备安装抗干扰的问题研究分析

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  【摘 要】当前,工业中经常采用的仪表集散控制系统,其主要功能主要体现在如下几个方面的内容:自动化控制、危险预警、信号传递以及数据处理等方面的内容。与此同时,随着智能化仪表技术地快速发展与进步,控制途径以及仪表数量地不断增大,控制环节以及工作环境的复杂程度也呈现出逐渐增高的变化趋势,一定会导致一些干扰的产生。鉴于此,本文主要分析电气仪表设备安装抗干扰的问题。
  【关键词】电气仪表;设备安装;抗干扰
  【中图分类号】TU756 【文献标志码】A
  1、引言
  目前,电气自动化仪表在工业生产过程当中地应用范围越来越广泛,对工业生产之中的温度、压力、流量、液粒以及机械量等方面进行定量测定分析,主要包括:检测仪表、显示仪表以及调节仪表、执行器等方面。
  2、电气仪表设备安装产生干扰的原因
  2.1、工频干扰
  对于大多数工频输电线或者电源变压器、发电机而言,均能够与这些设备的电源相连,那么在这样的情形下,均会对低频信号产生较高水平的干扰作用。
  2.2、射频干扰
  大功率的高频发射器、电气装置接点断开时的火花以及电焊机所产生的弧光等方面,均会导致频率较高的电磁波的产生,这些电磁波能够向四周辐射、扩散等,同样也会传输到弱电网络之中,从而产生射频干扰。
  2.3、感应干扰
  在交流强电导向及其相关电气设备的周围均存在着一定水平的磁场,这些磁场会随之电流的变化而出现改变。如果在上述交变磁场周围存在弱电信号,那么就会会导致电磁感应与有用信号电路间出现耦合反应,从而出现感应干扰的现象。
  2.4、电容耦合
  此种类型的干扰输入方式产生的主要原因为:2个电路间因静电效应而产生的干扰性效果。所以说,此种输入方式又可称之为“静电耦合”。若干扰线与测量量间的敷设路径不相交时,那么就相当于2个电路间有一个电容器,电容器又会产生电场,从而产生干扰作用。
  3、电气仪表设备安装抗干扰的策略
  3.1、采用屏蔽技术抵抗干扰
  因为受到电磁干扰的影响,自动化仪表经常出现测量结果存在误差的问题,不仅影响自控能力,如果严重的话将造成仪器的失灵,出现安全事故。因此,采取屏蔽管是很好的选择,其能够对仪表进行隔离,降低电磁干扰的影响。此外,将金属导线和电缆安排在一个屏蔽管中也能降低电磁干扰的影响,不仅实现自动化仪表性能的提升,同时提高自我管理的能力。
  3.2、加大两根导线间距
  如果两根平行导线相互靠近,将会产生对应的分布电容、互感效应,同时,两根平行导线之间的距离、实际长度、具体线径等都会对其大小产生直接影响。如果发生感性负载变化,此时电源会出现瞬间的高频振荡电压。同时,该瞬变电压会通过交直流动力线与信号线之间的电容传输到信号线上,由于这两根线处于互相平行关系,所以会产生干扰电压,对此,有必要减少两根导线之间分布的电容,因此,可以通过增加两根导向之间的距离,或者让二者处于垂直交叉情况解决。
  除此之外,对于容量小的单项电源线、长距离传输的信号线,建议使用双绞线。主要是因为双绞线靠近的绞合方向相反,所以对应的局部感应电压会相互消除,甚至接近零,起到非常好的抗干扰效果,目前该方法被广泛使用。需要注意的是,在实际布线过程中,需要采用分开穿管、分层布线的方式处理低电平信号线和交直流动力线,同时,要保证足够的距离和高度。
  3.3、实施合理的屏蔽方法
  采用屏蔽的方式,主要就是用铜、铝等材料制成容器,此类材料具有低电阻性、磁性,能够有效合理控制空间中电力线、磁力线产生的影响,实现对电磁干扰抑制,正常情况下主要有内部和外部两种:如果干扰源处于屏蔽体外部,则为被动屏蔽,反之,在内部,则为主动屏蔽。此外,如果按照屏蔽范围来划分,又可以分为整体、局部两种屏蔽方式,其中整体屏蔽方式主要就是屏蔽整个电气室,而局部屏蔽,则主要就是屏蔽柜体、弱电插件。以上这几种屏蔽类型,在实际应用中,都需要注意屏蔽体的接地情况,只有保证良好接地才可以起到抗干扰的效果。
  正常情况下,主要放在电气室,整体环境情况较好,但是使用的导线非常长,其中主要的控制线可以使用屏蔽线,并将屏蔽体的一个端点与公共零线进行连接,主要目的是防止几个端点同时接入公共零线,产生共阻抗藕合情况,产生干扰。
  3.4、重视对各种仪器设备的合理的使用
  屏蔽器的使用能够在一定程度上降低对自动化仪表的干扰,屏蔽器能够降低电源和线路辐射的影响,降低干扰。此外,在自动化仪表中设施滤波器,其能够降低电磁的干扰,仪表的测量能力正常使用,提升自我管理的能力。绝缘材料的使用也是很好的抗干扰形式,在仪器和放大器中使用绝缘材料能够实现两者之间距离的增加,不仅提高仪表的运行效率,同时还能促进生产的安全性。磁力耦合器的使用也能够在一定程度上消除磁场效应,降低干扰问题的出现。
  3.5、智能仪表的抗干扰技术
  智能仪表的硬件抗干扰措施主要有以下几个方面的内容:(1)由于工作环境复杂,智能仪表的外壳要设计有效的屏蔽机制,避免环境中电气因素的干扰,主要包括强电压、高电流以及大电磁辐射等。(2)智能仪表的电源要有可靠的接地系统,电源要实施稳压、屏蔽、隔离等措施,采取内外部分别供电隔离输入和输出电路以及采用闪存等高级存储元件隔离系统关联接口,保证数据存储,隔离区域保持相对独立,避免造成干扰。(3)智能仪表处理的大多数是低压信号,通常是通过长电缆连接信号源和測量系统,在过程通道的实时控制和数据收集中易受到附近强电设备的干扰,所以,需要清除过程通道中的干扰源。(4)选择性能好、抗干扰功能更强的单片机,避免智能仪表配置不足带来的干扰,智能仪表的稳定性与配件单元的性能息息相关,,而单片机是配件单元的核心元件,并用光电隔离器隔离单片机与外围电路。
  4、结束语
  当前电气自动化仪表安装过程存在很多方面的干扰因素,主要包括:工频干扰、射频干扰、感应干扰、电容耦合、电阻耦合、电感耦合、共阻抗耦合等方面的因素。对此应该采取有效抗干扰措施及技术对这些干扰因素加以解决,从而提高电气自动化仪表的工作效率与质量。
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  (作者单位:西安建筑科技大学)

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