自动化仪表系统的干扰问题与解决方式分析

自动化仪表系统的干扰问题与解决方式分析

赵书敏

山东正润建工有限公司山东聊城252000

摘要：自动化仪表系统在运行过程中，会受到来自于内部及外部的干扰，遇到电磁干扰、漏电耦合干扰、共阻抗耦合干扰、静电干扰等问题，影响到系统运行的稳定性。为了解决上述问题，应该根据干扰类型、性质及来源，针对性采取实用、安全、经济的干扰抑制措施，比如说仪表电源干扰的抑制措施、印制电路板干扰的抑制措施、单片机干扰的抑制措施及模数转换器干扰的抑制措施。

关键词：自动化仪表系统；干扰问题；解决方式；分析

近年来，随着社会的发展，工业生产规模不断扩大，传统的生产方式已经无法满足社会对于各类物质产品的需求，在生产实践中大力引进电气设备及电气自动化技术，可以实现产品设计、生产的自动化控制，从而有效提高生产制造业行业的生产水平[1]。自动化仪表是工业生产过程自动化控制体系中的重要组成部分，这种可检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成分、物性参数的器具或设备，发挥着数据采集处理、信号传递、自动控制及报警的功能，对于实现工业生产自动化控制有着积极意义[2]。自动化仪表系统运行过程中，容易受到内部或来自于外界的干扰，合理解决干扰问题，是保证自动化仪表系统及整个工业生产自动化控制系统稳定运行的基础。

1.自动化仪表系统的干扰问题

1.1电磁干扰

电磁干扰是自动化仪表系统运行过程中常遇到的干扰问题，可分为以下两种类型：①传导干扰，这种干扰来源于仪表信号线；②辐射干扰，这种干扰是由于干扰磁场所产生的能够影响到仪表系统信号线的辐射干扰。在自动化仪表系统的作业环境中，存在诸多会引起电磁干扰的要素，比如说装置区内部电力电子设备的交变电流，会产生交变磁场，影响到一定区域内自动化控制仪表的测控回路，影响仪表的正常运行。

1.2漏电耦合干扰

在自动化仪表系统中，回路间绝缘性能差，会引发漏电耦合干扰，导致高电位回路通过绝缘电阻向低电位回路漏电，影响到系统的正常运行，而且，漏电耦合干扰程度与回路间绝缘电阻值的大小是成反比的。

1.3共阻抗耦合干扰

在自动化仪表系统中，当不少于2个回路共用1个阻抗，当其中1个回路产生电流，其余回路都会产生一个与电流大小相关的干扰电压，继而形成共阻抗耦合干扰，干扰形式表现为电源内阻、公共地线、信号输出三类。

1.4静电干扰

静电干扰以电容耦合的形式影响自动化仪表系统的信号线。在自动化仪表系统中，信号线上2根平行导线间存在分布电容，在电容耦合的作用下，其中1根导线会出现另一根导线电位感应出的电位，当信号线与动力线的辐射距离较小时，2根导线将产生电位差，继而产生静电干扰[3]。

2.自动化仪表系统干扰问题的解决方式

2.1仪表电源干扰的抑制

自动化仪表系统中，数字电路与模拟电路共存，电源端口常受到电磁干扰，使得系统正常运行受到负面影响。针对仪表电源产生的干扰，可采取以下抑制措施：①将数字电路的电源模拟与电路直流电源分开，降低数字电路直流电源内阻，这样能够有效抑制数字信号对于模拟电路产生的干扰；②在电源端口安装滤波器，能够有效抑制仪表电源干扰，但是无法抑制上百兆赫兹以上的频率噪声，为了优化抑制效果，可采取仪表电源安装群脉冲干扰抑制器的措施，在反射低频干扰信号的同时，有效吸收高频噪声；③应用DC变换器，有效隔离电源，消除自动化仪表的电源电路引入强干扰的情况，从而保证CPU系统的正常稳定运行。

2.2印制电路板干扰的抑制

在自动化仪表系统中，印制电路板可为电路器件提供电气连接，其性能将直接关系到自动化仪表的功能性。在进行印刷电路板设计时，为了降低自动化仪表系统建设成本，常选用均匀布局、减少空间的设计方案，这一设计未考虑到电磁兼容问题，容易产生信号辐射。为了解决设计上的缺陷，抑制印制电路板干扰，可采取以下两个措施：①适当加粗电源线和地线，并将其布设于印制板两面，这样就能够避免由于电源线、地线过细引起的电源和电位随负载变化，从而消除噪声；②将印制电路板上的元器件空间分割为多个小空间，同组元器件集中布设，这样可减少相互之间的干扰，在布设元器件时，应该先按照电源和电压，将元器件初步分组，而后再按照数字与模拟、电流的大小，进行细分组，确保同组元器件之间存在相关性，并统一元器件的排列方向[4]。

2.3单片机干扰的抑制

单片机系统是自动化仪表系统的常用微处理器，其运行的稳定性，直接关系到输入与输出信号的正确性。在单片机应用系统中，数字电路和模拟电路并存，二者由于线间耦合形成的串扰通路及辐射，会对电源造成干扰，针对这一干扰，可采取以下抑制措施：①在进行电磁兼容设计时，优化接地设置，实现功率与频率的有效隔离，从而抑制干扰；②在进行电源设计时，设计师应综合考虑到电源类型、功率裕度、供电方式等电源参数，优化设计方案；③将降频控制技术合理应用于单片机系统中，这样能够在保证系统正常运行的基础上，最大限度降低频率，减少干扰。

2.4模数转换器干扰的抑制

自动化仪表系统模数转化器在运行过程中，如若外界环境温度发生变化，或者是出现设备预热、引线电感等情况，将会产生较强的干扰噪声，使得设备正常运行受到影响。为了有效抑制模数转换器干扰，可采取以下措施：①采用积分式或双积分式的模数转换器，这种电力设备的工作原理为均值转换原理，能够降低高频噪声的影响，抑制瞬时干扰的产生；②将转换器集成设置与传感器上，能够增强自动化仪表的抗干扰性能，降低线路对于系统造成的影响；③同步采样频率设置为干扰频率的整数倍，能够有效消除积分过程中低频正负半波产生的干扰，抑制周围环境对于自动化仪表系统运行造成的影响；④采用电流传输的方式，这种传输方式相较于电压传输，具有传输距离长、抗干扰能力强的优点；⑤采用浮地技术，有效隔离对地电流，从而降低由于共模电流产生的干扰；⑥当干扰信号较强时，可以采用屏蔽法，这样能够有效消除屏蔽体与传输线在分布电容上的共模电压，实现对于高频共模干扰的高效抑制；⑦在模数转化器中引进软件滤波技术，能够有效降低系统对于作业环境的抗干扰能力，保持正常运行运行[5]。

3.结语

自动化仪表是由若干个自动化元件构成的具有测量、显示、记录、控制、报警等功能的自动化技术工具，工业生产活动中常见的真空检漏仪、压力仪表、温度仪表、流量仪表，均属于仪器仪表。自动化仪表系统至运行过程中，会受到各种因素的干扰，这些干扰可分为内部干扰和外部干扰，明晰干扰类型、性质及来源，针对性采取实用、安全、经济的干扰抑制措施，对于自动化仪表系统的安全稳定运行有着积极作用。自动化仪表系统运行的稳定性，对于工业生产活动的自动化控制有着极大的影响，仪表正常运行，方可保障生产数据采集的准确性，为生产自动化控制提供可靠的参考依据，否则，很容易引发生产事故。

参考文献

[1]刘有志,张振嵘.电力系统自动化中智能指针型仪表自动校验方法研究[J].自动化与仪器仪表,2019(05):153-156.

[2]赵长军,金界泰.关于石油炼化装置自动化监测仪表安装施工的探讨[J].中国石油和化工标准与质量,2019,39(03):128-129.

[3]李新宁,兰翔.探究仪表与自动化技术在石油管道的应用及以后的发展趋势[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2019(01):164-165.

[4]冯浩,牛爽,于斌.当前化工电气自动化仪表安装中的抗干扰措施研究[J].化工管理,2018(25):148-149.

[5]邹明.自动化仪表在数字化油田生产中的维护及故障处理分析[J].化学工程与装备,2017(10):41-42.