引言

隨著電子工業(yè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，自動(dòng)化儀表系統(tǒng)在流程性工業(yè)領(lǐng)域的重要性日漸突出,。儀表系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性,、可靠性問(wèn)題直接影響企業(yè)的安全平穩(wěn)生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量,，甚至影響企業(yè)的效益,。事實(shí)上，儀表系統(tǒng)的工作環(huán)境非常復(fù)雜,，周邊存在著各種干擾源,，使得儀表系統(tǒng)的儀表準(zhǔn)確度降低，甚至不能正常,、可靠工作,。因此，為了能讓儀表系統(tǒng)安全,、穩(wěn)定,、可靠地工作，就要對(duì)儀表系統(tǒng)的工作環(huán)境進(jìn)行干擾分析,，并制定有針對(duì)性的解決方案,，消除或最大限度的抑制干擾對(duì)儀表系統(tǒng)的影響。

1 干擾分析

干擾的形成是因?yàn)橛懈蓴_源的存在[1],。干擾源有很多種,，通常所說(shuō)的干擾是指電磁干擾。但是廣義上熱噪聲,、溫度效應(yīng),、化學(xué)效應(yīng)和振動(dòng)等都可能給儀表系統(tǒng)造成干擾,如果不能及時(shí)有效地排除這些干擾的影響，儀表系統(tǒng)就不能正常工作,。

1.1 干擾信號(hào)分類(lèi)

1.1.1 按干擾耦合的形式分類(lèi)

1） 靜電干擾,。靜電干擾是干擾電場(chǎng)通過(guò)電容耦合方式，在儀表系統(tǒng)的信號(hào)線上產(chǎn)生的干擾,。在儀表系統(tǒng)中信號(hào)線上的2 根平行導(dǎo)線之間存在有分布電容,，通過(guò)分布電容的耦合,，1 根導(dǎo)線上的電位會(huì)在另1 根導(dǎo)線上感應(yīng)出相應(yīng)的電位,。當(dāng)這2 根平行的信號(hào)線和動(dòng)力線近距離敷設(shè)時(shí)，由于動(dòng)力線到2 根信號(hào)線的距離不同,，所產(chǎn)生的分布電容也不同,，從而在2 根信號(hào)線上產(chǎn)生電位差。電位差可以是毫伏級(jí)或更高的電壓級(jí)別,。

2）電磁干擾,。電磁干擾分傳導(dǎo)干擾和輻射干擾2 種。儀表系統(tǒng)的傳導(dǎo)干擾是指通過(guò)儀表信號(hào)線引入的干擾；輻射干擾是指干擾磁場(chǎng)通過(guò)輻射方式對(duì)儀表系統(tǒng)信號(hào)線產(chǎn)生的干擾,。儀表系統(tǒng)工作環(huán)境中的電磁干擾主要來(lái)自裝置區(qū)內(nèi)部電力或電子設(shè)備的交變電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng),，這種變化的磁場(chǎng)會(huì)使得該磁場(chǎng)范圍內(nèi)的儀表測(cè)控回路產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì)。

3）漏電耦合干擾,。漏電耦合干擾是指由于回路間絕緣不好,，高電位回路通過(guò)絕緣電阻向地電位回路漏電而引起的干擾，這種干擾的大小與回路間的絕緣電阻值成反比,。

4）共阻抗耦合干擾,。共阻抗耦合干擾是指在2 個(gè)及以上回路中共用1 個(gè)阻抗，當(dāng)1 個(gè)回路有電流產(chǎn)生時(shí),，就會(huì)在另1 個(gè)或多個(gè)回路上產(chǎn)生相應(yīng)的干擾電壓,。這類(lèi)共阻抗耦合干擾有3 種，分別是電源內(nèi)阻共阻抗耦合干擾,、公共地線共阻抗耦合干擾和信號(hào)輸出電路共阻抗耦合干擾,。

1.1.2 按干擾模式分類(lèi)

1）串模干擾信號(hào)

串模干擾是指在儀表輸人端之間出現(xiàn)的干擾，也就是疊加于被測(cè)信號(hào)上的交流干擾電壓,，這種干擾又稱為“差模干擾” “橫向干擾”或“端間干擾”,。串模干擾的幅值極為有限，但是因?yàn)檫@種干擾與被測(cè)信號(hào)所處的地位相同,，所以一旦產(chǎn)生串模干擾,，就不容易消除。

當(dāng)串模干擾的幅值與儀表回路的實(shí)際信號(hào)幅值相接近時(shí),，就會(huì)導(dǎo)致儀表系統(tǒng)出現(xiàn)異常,，甚至無(wú)法正常工作。串模干擾的來(lái)源主要是大功率變壓器,、交流電動(dòng)機(jī),、變頻器等電氣設(shè)備產(chǎn)生的較強(qiáng)的交變磁場(chǎng)。

2）共模干擾信號(hào)

共模干擾一般指在2 根信號(hào)線上產(chǎn)生的幅度相等,，相位相同的干擾,，這種干擾又稱為“對(duì)地干擾”和“縱向干擾”。儀表系統(tǒng)的共模干擾信號(hào)的幅值可能達(dá)到幾伏至幾十伏的范圍,，通常對(duì)于平衡測(cè)量回路,，共模干擾不會(huì)對(duì)其測(cè)量產(chǎn)生影響，但是,，對(duì)于不平衡回路,，共模干擾就會(huì)被轉(zhuǎn)化為串模干擾，對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響,。共模干擾的來(lái)源主要是高壓動(dòng)力線,、高壓電源等強(qiáng)電場(chǎng),。

1.1.3 按干擾源的類(lèi)型分類(lèi)

1）外部干擾信號(hào)。來(lái)自儀表系統(tǒng)外部的干擾稱為外部干擾,，它與儀表系統(tǒng)本身無(wú)關(guān),，由外部環(huán)境（儀表系統(tǒng)周?chē)碾姾痛牛Q定。在生產(chǎn)裝置區(qū)的電氣電源,、大型電機(jī),、電氣開(kāi)關(guān)、變頻器,、動(dòng)力電纜等都屬于儀表系統(tǒng)的外部干擾源,。

2）內(nèi)部干擾信號(hào)。內(nèi)部干擾是由于儀表內(nèi)部的電子線路的熱效應(yīng)和散粒效應(yīng)所造成的,，內(nèi)部干擾的抑制是儀表電子線路設(shè)計(jì)單位和制造單位研究解決的問(wèn)題,。

1.2 干擾源的干擾機(jī)制

由于儀表系統(tǒng)的測(cè)控信號(hào)都是經(jīng)一定距離傳輸?shù)娜蹼娦盘?hào)，所以傳輸過(guò)程中不可避免地會(huì)受到周?chē)拇艌?chǎng),、電場(chǎng)等干擾源的干擾,。干擾儀表系統(tǒng)的干擾源主要包括裝置區(qū)內(nèi)電氣設(shè)備和動(dòng)力電纜產(chǎn)生的的輻射干擾和儀表系統(tǒng)電源線、信號(hào)引線,、接地等引進(jìn)的系統(tǒng)外引線干擾,。

1.3 干擾的影響

干擾對(duì)儀表系統(tǒng)的影響十分嚴(yán)重，靜電干擾和電源干擾會(huì)對(duì)儀表元器件造成較大地?fù)p壞,，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成儀表無(wú)法工作,。電磁干擾會(huì)使儀表系統(tǒng)接收到的信號(hào)失真，甚至?xí)霈F(xiàn)錯(cuò)誤的信號(hào),，這樣,，經(jīng)過(guò)儀表系統(tǒng)處理而輸出的信號(hào)也會(huì)是錯(cuò)誤的，會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成不可估量的損失,。

2 解決方案

干擾信號(hào)能夠?qū)ψ詣?dòng)化儀表系統(tǒng)產(chǎn)生影響,，必須具備3 個(gè)條件，分別是干擾源,、耦合通道和對(duì)干擾敏感的接收電路[2] ,。這3 個(gè)條件，缺一不可,。要解決干擾問(wèn)題,，就必須從消除或抑制干擾源、破壞干擾途徑和削弱接收電路對(duì)干擾的敏感性等3 方面開(kāi)展工作,。下面分別在項(xiàng)目設(shè)計(jì),、采購(gòu),、施工,、維護(hù)等階段,，介紹相應(yīng)的干擾解決方案。

2.1 設(shè)計(jì)階段抑制干擾問(wèn)題的解決方案

設(shè)計(jì)階段是解決干擾問(wèn)題的關(guān)鍵階段,，這個(gè)階段應(yīng)該從消除或抑制干擾源,、破壞干擾途徑上著手，在電氣儀表設(shè)備的布置,、儀表設(shè)備及材料選型,、電氣儀表電纜敷設(shè)路徑、電源系統(tǒng)隔離和濾波以及完善接地系統(tǒng)等方面考慮,，采取必要的措施,，消除或減少儀表系統(tǒng)的干擾問(wèn)題。

2.1.1 隔離方案

隔離包括2 種含義：一是可靠的絕緣,，另一個(gè)是合理配線[3],。隔離的目的是消除或抑制干擾源。

可靠絕緣,，即保證導(dǎo)線之間不會(huì)產(chǎn)生漏電流,，一般常用的隔離技術(shù)為變壓器隔離、繼電器隔離或光電耦合器隔離,。

合理配線,，即要求儀表信號(hào)線盡量避開(kāi)干擾源，譬如當(dāng)儀表信號(hào)線與動(dòng)力線平行敷設(shè)時(shí),，在設(shè)計(jì)上要符合“儀表配管配線設(shè)計(jì)規(guī)范HG/T20512-2014”中關(guān)于儀表電纜與電力電纜平行敷設(shè)的最小允許距離的要求,。兩者交叉時(shí)，要盡可能垂直,，這樣可以有效抑制共模干擾的影響,。另外，在強(qiáng)電場(chǎng)的地方還要考慮采用鍍鋅管屏蔽來(lái)抑制共模干擾,。

在設(shè)計(jì)階段審查時(shí),，要重點(diǎn)關(guān)注儀表設(shè)備及儀表信號(hào)電纜與大型電機(jī)、變壓器,、變頻器,、高壓電纜等電氣設(shè)備的距離，因?yàn)榫嚯x能降低電磁干擾的強(qiáng)度,，也就降低了電磁干擾對(duì)儀表信號(hào)的影響,。

2.1.2 屏蔽方案

屏蔽是使用金屬導(dǎo)體把被屏蔽的儀表設(shè)備和線路包圍起來(lái)。屏蔽的目的是阻斷電磁場(chǎng)的耦合,，破壞干擾途徑,，抑制各種電磁場(chǎng)的干擾。一般在工程設(shè)計(jì)中,，對(duì)于設(shè)置在電磁干擾環(huán)境中的儀表系統(tǒng),，應(yīng)該選用帶屏蔽層的儀表信號(hào)電纜,，這種屏蔽，一般稱為被動(dòng)屏蔽,。

在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí),，還可以把電力電纜、視頻線,、通訊線等干擾源進(jìn)行屏蔽,，不讓電力線或磁力線溢出屏蔽層，這種屏蔽稱為主動(dòng)屏蔽[4],。主動(dòng)屏蔽比被動(dòng)屏蔽在抑制干擾方面效果更好,。

2.1.3 絞線方案

用雙絞線代替2 根平行導(dǎo)線是抑制磁場(chǎng)干擾的有效方法。對(duì)于低電平的儀表信號(hào)線,，當(dāng)周?chē)h(huán)境存在磁場(chǎng)干擾時(shí),，采用這種類(lèi)型的導(dǎo)線能有效地抑制磁場(chǎng)的串模干擾。

2.1.4 接地方案

儀表系統(tǒng)的接地包括工作接地,、保護(hù)接地,、本安系統(tǒng)接地和防靜電接地等[5]，其設(shè)計(jì)應(yīng)符合 “石油化工儀表接地設(shè)計(jì)規(guī)范SH/T3081-2003” “儀表系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)規(guī)范HG/T20513-2014”,。把儀表系統(tǒng)信號(hào)線進(jìn)行屏蔽并不能完全抑制干擾,，只有把屏蔽進(jìn)行正確接地，才能達(dá)到抑制干擾的目的,。

工作接地包括信號(hào)回路接地和屏蔽接地,。信號(hào)回路接地應(yīng)滿足下列要求：1）在自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的設(shè)備中，非隔離的信號(hào)應(yīng)建立1 個(gè)統(tǒng)一的信號(hào)參考點(diǎn),，進(jìn)行信號(hào)回路接地（通常為直流電源負(fù)極）,；2）隔離信號(hào)可以不接地，隔離應(yīng)當(dāng)是每一輸入/ 出信號(hào)和其他輸入/ 出信號(hào)的電路是絕緣的,，對(duì)地是絕緣的,，電源是獨(dú)立且相互隔離的[6]。屏蔽接地應(yīng)滿足下列要求：①儀表系統(tǒng)中用以降低電磁干擾的部件,，如電纜的屏蔽層,、排擾線、儀表設(shè)備上的屏蔽接地端子都應(yīng)該做屏蔽接地,；②室外架空敷設(shè)的不帶屏蔽層的普通多芯電纜的備用芯應(yīng)該接地,。

齊納式安全柵應(yīng)進(jìn)行本安系統(tǒng)接地，采用隔離式安全柵的本質(zhì)安全系統(tǒng)不需要專門(mén)接地,。儀表系統(tǒng)還要進(jìn)行防雷和防靜電接地,，防雷和防靜電接地的設(shè)計(jì)應(yīng)符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

2.1.5 設(shè)計(jì)選型方案

1）在設(shè)計(jì)選型階段,，要依據(jù) “石油化工儀表自動(dòng)化選型設(shè)計(jì)規(guī)范SH/T3005-2016” “自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范HG/T20507-2014”,，把好關(guān)鍵儀表設(shè)備選型的質(zhì)量關(guān),，重點(diǎn)要從選擇對(duì)干擾敏感性不高的儀表設(shè)備入手，明確儀表技術(shù)協(xié)議中關(guān)于儀表抗干擾方面的技術(shù)要求,，選用具有較高抗干擾能力（包括內(nèi)部電磁兼容性，特別是抗外部干擾能力）的產(chǎn)品,。

2）考察所選儀表在類(lèi)似工況下的使用業(yè)績(jī),。

3）儀表設(shè)備選型時(shí)還要考慮選擇在信號(hào)輸入端設(shè)置有濾波功能的儀表設(shè)備，這樣可以抑制串模干擾的影響,。

2.2 采購(gòu)階段抑制干擾問(wèn)題的解決方案

采購(gòu)的儀表設(shè)備及材料不得低于所簽訂的技術(shù)協(xié)議約定的等級(jí),，同時(shí)要提供合同設(shè)備或材料的質(zhì)量證明、檢驗(yàn)記錄和測(cè)試報(bào)告,。需要進(jìn)行出廠檢驗(yàn)測(cè)試的,，要按照要求組織進(jìn)行出廠檢驗(yàn)測(cè)試。

把好儀表設(shè)備及材料到貨的質(zhì)量驗(yàn)收關(guān),。按照相關(guān)規(guī)定,，儀表設(shè)備及材料到貨后，應(yīng)該由建設(shè)方和施工方隨機(jī)抽取樣品進(jìn)行檢查和各項(xiàng)校驗(yàn)試驗(yàn),，其余在施工前由施工方進(jìn)行全部調(diào)校,，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)反饋給建設(shè)方。

考慮到解決干擾問(wèn)題,，依據(jù)計(jì)算機(jī)與儀表屏蔽電纜的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,。儀表電纜到貨后，對(duì)于儀表屏蔽電纜要重點(diǎn)檢查屏蔽層是否是分屏加總屏的電纜,；查看電纜屏蔽抑制系數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求,；檢查屏蔽層內(nèi)聚酯包帶的搭蓋率是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求；銅絲編織的屏蔽層的單絲直徑是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求等內(nèi)容,。

2.3 施工階段抑制干擾問(wèn)題的解決方案

施工階段是抑制儀表系統(tǒng)干擾問(wèn)題的決定性階段,，這一階段經(jīng)常能發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段存在的對(duì)今后儀表系統(tǒng)形成干擾的問(wèn)題。施工階段要嚴(yán)格依據(jù)“自動(dòng)化儀表工程施工及質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB50093-2013”進(jìn)行施工,，發(fā)現(xiàn)存在干擾問(wèn)題,，要及時(shí)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，確保在施工階段不留下干擾的隱患,。重點(diǎn)注意以下幾項(xiàng)工作：

1）信號(hào)屏蔽電纜的屏蔽層應(yīng)該在控制室側(cè)單點(diǎn)接地,，現(xiàn)場(chǎng)儀表接線箱兩側(cè)的電纜屏蔽層應(yīng)在箱內(nèi)跨接。

2）避免模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)合用同一根電纜,。

3）正確良好的接地,，儀表系統(tǒng)的接地連接電阻不應(yīng)大于1Ω，儀表系統(tǒng)的接地電阻不應(yīng)大于4Ω,。

4）信號(hào)線的敷設(shè)要遠(yuǎn)離干擾源,，如大功率變壓器,、交流電動(dòng)機(jī)、變頻器等,，如果確實(shí)避不開(kāi),，信號(hào)電纜應(yīng)單獨(dú)穿管配線。

5）信號(hào)電纜與電源電纜必須分開(kāi)敷設(shè),，并盡量避免平行敷設(shè),。

6）電纜槽內(nèi)敷設(shè)不同用途、不同電壓等級(jí)的電纜時(shí),，應(yīng)分類(lèi)布置,。

7）導(dǎo)線穿管敷設(shè)時(shí)，電源線和信號(hào)線應(yīng)在不同的穿線管內(nèi),。

2.4 維護(hù)保養(yǎng)階段抑制干擾問(wèn)題的解決方案

裝置投入正常生產(chǎn)后,，在儀表系統(tǒng)的抗干擾問(wèn)題上應(yīng)該主要關(guān)注以下幾方面工作，發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行整改,。

1）定期檢查儀表屏蔽電纜的屏蔽層是否有破損,。

2）檢查儀表接地系統(tǒng)：接地系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)連接接頭是否松動(dòng)、銹蝕,；檢查接地系統(tǒng)中的接地線,、接地干線和接地總干線的截面是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求；檢查接地系統(tǒng)中的接地線,、接地干線和接地總干線對(duì)地絕緣是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求,；檢查儀表系統(tǒng)工作接地在工作接地匯總板前是否與保護(hù)接地混接；定期檢查測(cè)試儀表接地系統(tǒng)的接地連接電阻和接地電阻是否符合要求,。

3）檢查儀表輸入/ 輸出信號(hào)屏蔽線是否進(jìn)行了可靠的單端接地,。

4）檢查儀表系統(tǒng)信號(hào)電纜、接地線附近是否有強(qiáng)的電磁干擾源,。

5）重點(diǎn)關(guān)注在已投用的裝置區(qū)域內(nèi)進(jìn)行技術(shù)改造時(shí),，是否把新安裝的大功率電機(jī)、變壓器,、變頻器以及高壓動(dòng)力電纜設(shè)置或敷設(shè)在儀表設(shè)備和儀表信號(hào)電纜附近,。

3 結(jié)論

自動(dòng)化儀表系統(tǒng)中的干擾是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題。因此,，在解決儀表系統(tǒng)的干擾問(wèn)題時(shí),，應(yīng)在項(xiàng)目建設(shè)的全過(guò)程綜合各方面的因素，從減少干擾源,、切斷干擾途徑,、選擇抗干擾能力強(qiáng)的儀表設(shè)備和儀表線纜等方面進(jìn)行全面考慮，合理有效地制定科學(xué)的抗干擾解決方案并進(jìn)行實(shí)施，才能保證儀表系統(tǒng)正常工作,。

（選自儀控工程網(wǎng)）