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電磁流量計在自控儀表系統(tǒng)應(yīng)用中的防干擾策略
發(fā)表時間：2018-10-30 ??點擊次數(shù)：728? 技術(shù)支持：1560-1403-222
本文前言
目前在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，自動化控制系統(tǒng)在大中型企業(yè)中的應(yīng)用已逐漸普遍，在自動化控制系中，通過各種電磁流量計等種流量、液位、濃度、溫度儀表可以實現(xiàn)對于生產(chǎn)過程中的各項指標(biāo)參數(shù)進行實時監(jiān)測與控制，達到自動化生產(chǎn)的要求。因此，儀表的穩(wěn)定性與可靠性是關(guān)系到整個自動化系統(tǒng)能否正常進行的關(guān)鍵性因素，如果儀表發(fā)生干擾和故障，將導(dǎo)致監(jiān)測與自動化控制系統(tǒng)的失靈。筆者在工業(yè)自動化控制行業(yè)工作多年，根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗，撰此文簡要介紹了電磁流量計等自動化儀表的各種常見的不同類型特點，分析這些儀表的在受到干擾時的各類表現(xiàn)。本文以某自動化控制系統(tǒng)為例，對自控儀表在防干擾方面的實踐情況進行總結(jié)，提出相應(yīng)的防干擾措施，供行業(yè)內(nèi)相關(guān)人員借鑒。
近些年來，隨著社會生產(chǎn)自動化水平的不斷提升，自動化控制儀表已被逐漸應(yīng)用到了生產(chǎn)過程中。各項儀表的應(yīng)用為工作人員了解機械運行狀態(tài)、壓力情況，以及生產(chǎn)環(huán)境情況提供了量化的指標(biāo)。但受電磁波、機械運行以及運行溫度與濕度等因素的影響，自控儀表系統(tǒng)很容易被干擾，進而導(dǎo)致儀表的顯示數(shù)值出現(xiàn)誤差?？梢?，為進一步提高生產(chǎn)效率及安全性，有必要對儀表的防干擾問題進行研究。
1 自控儀表常見類型
1.1 電磁流量計
電磁流量計為化工生產(chǎn)所應(yīng)用的主要儀表類型，由磁路系統(tǒng)、測量導(dǎo)管、電極、轉(zhuǎn)換器等部分構(gòu)成。其中，磁路系統(tǒng)為儀表的核心部分。該系統(tǒng)的作用在于產(chǎn)生磁場。通過測量導(dǎo)管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)流量的方式，對生產(chǎn)過程中電力系統(tǒng)運行情況進行觀察。以判斷電力系統(tǒng)的性能是否能夠穩(wěn)定發(fā)揮。電磁流量計使用過程中的常見干擾以電磁干擾為主[1]。除此之外，內(nèi)部元件的質(zhì)量以及接線情況，同樣會對其性能產(chǎn)生影響。可見，為提高生產(chǎn)效率及安全性，積極預(yù)防上述干擾是關(guān)鍵。
1.2 液位計
液位計，屬于物位儀表的一種，包括投入式、磁浮子式等多種。將其應(yīng)用到化工生產(chǎn)行業(yè)，能夠有效明確液體的位置。隨著液體位置的變化，浮子會隨之發(fā)生變化。此時，液位的高度，既可清晰的體現(xiàn)在儀表當(dāng)中。磁浮子式儀表，由液位傳感器及信號轉(zhuǎn)換器兩部分構(gòu)成。當(dāng)液體位置發(fā)生變化時，磁位傳感器可隨之對其位置進行測量[2]。并將測量所得到的信息傳輸至信號轉(zhuǎn)換器當(dāng)中。信號轉(zhuǎn)換器接收到信號后，可立即將其轉(zhuǎn)換為可顯示的信號，并將其輸出，終完成液位監(jiān)測的過程。
1.3 濃度計
根據(jù)測量原理的不同，可將濃度計分為旋轉(zhuǎn)式、動刀式、定刀式、電量式等多種。該儀表的功能，主要在于對液體中物質(zhì)的濃度進行測量。HGY2058 型酸堿鹽濃度計屬于在線監(jiān)測濃度計的一種。儀器可與傳感器相連接，在不與被測介質(zhì)接觸的情況下，對具有強烈腐蝕性的介質(zhì)的濃度進行檢測。將該儀器應(yīng)用到化工生產(chǎn)行業(yè)中，能夠使工作人員及時的掌握各項濃度指標(biāo)。進而通過對指標(biāo)的調(diào)整，提高化工生產(chǎn)質(zhì)量及安全性。
2 自控儀表系統(tǒng)的干擾表現(xiàn)
2.1 電磁干擾
電磁干擾，為電磁流量計、液位計，以及濃度計的常見干擾類型。鑒于上述儀器的功能，均需在電磁環(huán)境下發(fā)揮。因此一旦產(chǎn)生電磁干擾，儀器測量指標(biāo)的準(zhǔn)確度必然會受到影響[3]。儀表運行過程中，電與磁可經(jīng)電路與磁路對儀表產(chǎn)生干擾。如儀表運行周圍環(huán)境存在強磁場，則測量儀表的電路與導(dǎo)線時，往往可見明顯的干擾電壓。上述現(xiàn)象表明，儀表周圍的電磁環(huán)境已經(jīng)對其運行的可靠性，及其參數(shù)顯示的準(zhǔn)確度造成了影響。需立即給予解決，以防增加化工生產(chǎn)的風(fēng)險。
2.2 機械干擾
化工生產(chǎn)的過程中，因機械干擾所導(dǎo)致的儀表參數(shù)不準(zhǔn)確的問題時有發(fā)生。導(dǎo)致機械干擾問題出現(xiàn)的原因，與施工人員震動、敲打、沖擊等工作的執(zhí)行有關(guān)。自控儀表系統(tǒng)中，各項元件，均具有極強的精密度及靈敏性。受外力沖擊后，極容易出現(xiàn)變形、錯位、連接線變動等情況。部分儀表的指針同樣會出現(xiàn)變化。可見，提高儀表運行的穩(wěn)定性及安全性，并在嚴(yán)格控制機械運行狀態(tài)的基礎(chǔ)上，采用相應(yīng)系統(tǒng)，對其相應(yīng)指標(biāo)進行監(jiān)測是關(guān)鍵。
2.3 環(huán)境干擾
儀表運行過程中，溫度與濕度的變化均會對其造成干擾。化工生產(chǎn)行業(yè)電磁流量計、液位儀及濃度計中，均含有大量的半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的功能主要在于導(dǎo)電。而其導(dǎo)電能力，則與光的變化顯著相關(guān)。因此，如光的變化幅度過大，儀表的導(dǎo)電性能及其運行狀態(tài)，必然會受到影響。另外，因環(huán)境濕度過大所誘發(fā)的漏電與膨脹現(xiàn)象，以及因環(huán)境溫度過高而誘發(fā)的電路器件參數(shù)的變化，同樣會對自控儀表系統(tǒng)造成干擾。
3 自控儀表系統(tǒng)的防干擾策略
3.1 ControlLogix系統(tǒng)的構(gòu)成
將ControlLogix 系統(tǒng)應(yīng)用到自控儀表系統(tǒng)之中，能夠有效提高儀器的抗干擾性能。該系統(tǒng)主要由Logix5560 處理器、ControlLogix I/O 模塊、ControlLogix 背板，以及電源等部分構(gòu)成。包括設(shè)備層、控制層、信息層三大層面。其中，設(shè)備層的功能，在于對“電磁流量計”、“液位計”以及“濃度計”的使用期限，及其故障情況進行管理。控制層的功能，在于具體實現(xiàn)對儀表運行情況的優(yōu)化控制。信息層的功能，則在于提取系統(tǒng)所生成的信息，判斷儀表的運行是否面臨著被干擾的風(fēng)險。
3.2 防干擾策略
?。?）濾波方案
ControlLogix 系統(tǒng)可與濾波器相互連接，達到減少自控儀表系統(tǒng)干擾的目的。濾波器運行過程中，能夠?qū)?jīng)導(dǎo)線耦合到電路的干擾進行實時的抑制。當(dāng)儀表運行環(huán)境周圍信號以及噪聲頻率過高時。ControlLogix 系統(tǒng)可立即采集上述信息，并將存儲在數(shù)據(jù)庫中，對信息進行分析。分析完成后的信息，會被傳輸給濾波器。此時，濾波器會立即被接入至傳輸通道中，發(fā)揮濾波的功效。終達到減少衰減噪聲、提高信噪比的目的。使各項儀表運行過程中所面臨的干擾問題得到解決，提高儀表參數(shù)的準(zhǔn)確度。
?。?）控制電源
在化工生產(chǎn)過程中，各項儀表因震動問題而被干擾難以有效避免。儀表被干擾后，將干擾控制在一定范圍內(nèi)，是確保生產(chǎn)過程能夠繼續(xù)進行的關(guān)鍵。自控儀表系統(tǒng)的電源配置過程中，不同電源的異常自動切斷電路，均可相互聯(lián)通。當(dāng)某一儀表出現(xiàn)異常時，該儀表無法被隔離，干擾則會隨之產(chǎn)生。為解決上述問題，可將ControlLogix 系統(tǒng)應(yīng)用到干擾的抑制過程中。在此基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進行冗余配置。當(dāng)某一儀表發(fā)生機械干擾后，ControlLogix 系統(tǒng)會立即發(fā)揮其冗余功能，將該儀表切斷并進行隔離，避免干擾的影響范圍擴大化。
（3）優(yōu)化環(huán)境
ControlLogix 系統(tǒng)，可對電磁流量計等儀表的運行環(huán)境進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)溫度、濕度與光環(huán)境出現(xiàn)異常時，會立即預(yù)警，提醒有關(guān)人員給予處理。例如：本化工企業(yè)曾發(fā)生一起電磁流量計失靈事件。事件發(fā)生當(dāng)日，環(huán)境溫度較高。加之空氣濕度較大，因此電磁流量計的參數(shù)出現(xiàn)了異常。事件發(fā)生后，工作人員及時收到了ControlLogix 系統(tǒng)的預(yù)警信息，并及時對環(huán)境溫度進行了調(diào)整，使干擾問題得到了解決。這表明優(yōu)化環(huán)境較為重要。
3.3 防干擾效果
本生產(chǎn)企業(yè)于2009 年初引進了ControlLogix 系統(tǒng)，并將其應(yīng)用到了自動化系統(tǒng)當(dāng)中。通過對系統(tǒng)應(yīng)用前后各自控儀表運行情況的觀察發(fā)現(xiàn)：1）系統(tǒng)應(yīng)用前：電磁流量計、液位計、濃度計年均因被干擾而發(fā)生故障的次數(shù)每年20 多次，因維修儀表而花費的成本為17 萬元。2）系統(tǒng)應(yīng)用后：電磁流量計、液位計、濃度計年均因被干擾而發(fā)生故障的次數(shù)，分別為2 次、0 次及1 次。干擾發(fā)生后，工作人員在ControlLogix 系統(tǒng)的預(yù)警指示下，立即排除了干擾源，并將干擾維護費用降低到了3.9 萬元，對比發(fā)現(xiàn)，ControlLogix 系統(tǒng)的應(yīng)用，取得良好的效果。
4 結(jié)語
綜上所述，對自控儀表系統(tǒng)防干擾策略的研究，為ControlLogix 系統(tǒng)的普及應(yīng)用，以及我國各行業(yè)儀表運行穩(wěn)定性的提升，提供了重要的借鑒資料。且一定程度上減少了電磁干擾、增強了機械性能、優(yōu)化了儀表的運行環(huán)境。未來，我國各領(lǐng)域應(yīng)視自控儀表及其常見干擾的類型，通過應(yīng)用濾波技術(shù)、控制電源，以及優(yōu)化環(huán)境等方式，達到抗干擾的目的，使儀表的性能得以進一步增強。
目前在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，自動化控制系統(tǒng)在大中型企業(yè)中的應(yīng)用已逐漸普遍，在自動化控制系中，通過各種電磁流量計等種流量、液位、濃度、溫度儀表可以實現(xiàn)對于生產(chǎn)過程中的各項指標(biāo)參數(shù)進行實時監(jiān)測與控制，達到自動化生產(chǎn)的要求。因此，儀表的穩(wěn)定性與可靠性是關(guān)系到整個自動化系統(tǒng)能否正常進行的關(guān)鍵性因素，如果儀表發(fā)生干擾和故障，將導(dǎo)致監(jiān)測與自動化控制系統(tǒng)的失靈。筆者在工業(yè)自動化控制行業(yè)工作多年，根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗，撰此文簡要介紹了電磁流量計等自動化儀表的各種常見的不同類型特點，分析這些儀表的在受到干擾時的各類表現(xiàn)。本文以某自動化控制系統(tǒng)為例，對自控儀表在防干擾方面的實踐情況進行總結(jié)，提出相應(yīng)的防干擾措施，供行業(yè)內(nèi)相關(guān)人員借鑒。
近些年來，隨著社會生產(chǎn)自動化水平的不斷提升，自動化控制儀表已被逐漸應(yīng)用到了生產(chǎn)過程中。各項儀表的應(yīng)用為工作人員了解機械運行狀態(tài)、壓力情況，以及生產(chǎn)環(huán)境情況提供了量化的指標(biāo)。但受電磁波、機械運行以及運行溫度與濕度等因素的影響，自控儀表系統(tǒng)很容易被干擾，進而導(dǎo)致儀表的顯示數(shù)值出現(xiàn)誤差?？梢?，為進一步提高生產(chǎn)效率及安全性，有必要對儀表的防干擾問題進行研究。
1 自控儀表常見類型
1.1 電磁流量計
電磁流量計為化工生產(chǎn)所應(yīng)用的主要儀表類型，由磁路系統(tǒng)、測量導(dǎo)管、電極、轉(zhuǎn)換器等部分構(gòu)成。其中，磁路系統(tǒng)為儀表的核心部分。該系統(tǒng)的作用在于產(chǎn)生磁場。通過測量導(dǎo)管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)流量的方式，對生產(chǎn)過程中電力系統(tǒng)運行情況進行觀察。以判斷電力系統(tǒng)的性能是否能夠穩(wěn)定發(fā)揮。電磁流量計使用過程中的常見干擾以電磁干擾為主[1]。除此之外，內(nèi)部元件的質(zhì)量以及接線情況，同樣會對其性能產(chǎn)生影響。可見，為提高生產(chǎn)效率及安全性，積極預(yù)防上述干擾是關(guān)鍵。
1.2 液位計
液位計，屬于物位儀表的一種，包括投入式、磁浮子式等多種。將其應(yīng)用到化工生產(chǎn)行業(yè)，能夠有效明確液體的位置。隨著液體位置的變化，浮子會隨之發(fā)生變化。此時，液位的高度，既可清晰的體現(xiàn)在儀表當(dāng)中。磁浮子式儀表，由液位傳感器及信號轉(zhuǎn)換器兩部分構(gòu)成。當(dāng)液體位置發(fā)生變化時，磁位傳感器可隨之對其位置進行測量[2]。并將測量所得到的信息傳輸至信號轉(zhuǎn)換器當(dāng)中。信號轉(zhuǎn)換器接收到信號后，可立即將其轉(zhuǎn)換為可顯示的信號，并將其輸出，終完成液位監(jiān)測的過程。
1.3 濃度計
根據(jù)測量原理的不同，可將濃度計分為旋轉(zhuǎn)式、動刀式、定刀式、電量式等多種。該儀表的功能，主要在于對液體中物質(zhì)的濃度進行測量。HGY2058 型酸堿鹽濃度計屬于在線監(jiān)測濃度計的一種。儀器可與傳感器相連接，在不與被測介質(zhì)接觸的情況下，對具有強烈腐蝕性的介質(zhì)的濃度進行檢測。將該儀器應(yīng)用到化工生產(chǎn)行業(yè)中，能夠使工作人員及時的掌握各項濃度指標(biāo)。進而通過對指標(biāo)的調(diào)整，提高化工生產(chǎn)質(zhì)量及安全性。
2 自控儀表系統(tǒng)的干擾表現(xiàn)
2.1 電磁干擾
電磁干擾，為電磁流量計、液位計，以及濃度計的常見干擾類型。鑒于上述儀器的功能，均需在電磁環(huán)境下發(fā)揮。因此一旦產(chǎn)生電磁干擾，儀器測量指標(biāo)的準(zhǔn)確度必然會受到影響[3]。儀表運行過程中，電與磁可經(jīng)電路與磁路對儀表產(chǎn)生干擾。如儀表運行周圍環(huán)境存在強磁場，則測量儀表的電路與導(dǎo)線時，往往可見明顯的干擾電壓。上述現(xiàn)象表明，儀表周圍的電磁環(huán)境已經(jīng)對其運行的可靠性，及其參數(shù)顯示的準(zhǔn)確度造成了影響。需立即給予解決，以防增加化工生產(chǎn)的風(fēng)險。
2.2 機械干擾
化工生產(chǎn)的過程中，因機械干擾所導(dǎo)致的儀表參數(shù)不準(zhǔn)確的問題時有發(fā)生。導(dǎo)致機械干擾問題出現(xiàn)的原因，與施工人員震動、敲打、沖擊等工作的執(zhí)行有關(guān)。自控儀表系統(tǒng)中，各項元件，均具有極強的精密度及靈敏性。受外力沖擊后，極容易出現(xiàn)變形、錯位、連接線變動等情況。部分儀表的指針同樣會出現(xiàn)變化。可見，提高儀表運行的穩(wěn)定性及安全性，并在嚴(yán)格控制機械運行狀態(tài)的基礎(chǔ)上，采用相應(yīng)系統(tǒng)，對其相應(yīng)指標(biāo)進行監(jiān)測是關(guān)鍵。
2.3 環(huán)境干擾
儀表運行過程中，溫度與濕度的變化均會對其造成干擾。化工生產(chǎn)行業(yè)電磁流量計、液位儀及濃度計中，均含有大量的半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的功能主要在于導(dǎo)電。而其導(dǎo)電能力，則與光的變化顯著相關(guān)。因此，如光的變化幅度過大，儀表的導(dǎo)電性能及其運行狀態(tài)，必然會受到影響。另外，因環(huán)境濕度過大所誘發(fā)的漏電與膨脹現(xiàn)象，以及因環(huán)境溫度過高而誘發(fā)的電路器件參數(shù)的變化，同樣會對自控儀表系統(tǒng)造成干擾。
3 自控儀表系統(tǒng)的防干擾策略
3.1 ControlLogix系統(tǒng)的構(gòu)成
將ControlLogix 系統(tǒng)應(yīng)用到自控儀表系統(tǒng)之中，能夠有效提高儀器的抗干擾性能。該系統(tǒng)主要由Logix5560 處理器、ControlLogix I/O 模塊、ControlLogix 背板，以及電源等部分構(gòu)成。包括設(shè)備層、控制層、信息層三大層面。其中，設(shè)備層的功能，在于對“電磁流量計”、“液位計”以及“濃度計”的使用期限，及其故障情況進行管理。控制層的功能，在于具體實現(xiàn)對儀表運行情況的優(yōu)化控制。信息層的功能，則在于提取系統(tǒng)所生成的信息，判斷儀表的運行是否面臨著被干擾的風(fēng)險。
3.2 防干擾策略
?。?）濾波方案
ControlLogix 系統(tǒng)可與濾波器相互連接，達到減少自控儀表系統(tǒng)干擾的目的。濾波器運行過程中，能夠?qū)?jīng)導(dǎo)線耦合到電路的干擾進行實時的抑制。當(dāng)儀表運行環(huán)境周圍信號以及噪聲頻率過高時。ControlLogix 系統(tǒng)可立即采集上述信息，并將存儲在數(shù)據(jù)庫中，對信息進行分析。分析完成后的信息，會被傳輸給濾波器。此時，濾波器會立即被接入至傳輸通道中，發(fā)揮濾波的功效。終達到減少衰減噪聲、提高信噪比的目的。使各項儀表運行過程中所面臨的干擾問題得到解決，提高儀表參數(shù)的準(zhǔn)確度。
?。?）控制電源
在化工生產(chǎn)過程中，各項儀表因震動問題而被干擾難以有效避免。儀表被干擾后，將干擾控制在一定范圍內(nèi)，是確保生產(chǎn)過程能夠繼續(xù)進行的關(guān)鍵。自控儀表系統(tǒng)的電源配置過程中，不同電源的異常自動切斷電路，均可相互聯(lián)通。當(dāng)某一儀表出現(xiàn)異常時，該儀表無法被隔離，干擾則會隨之產(chǎn)生。為解決上述問題，可將ControlLogix 系統(tǒng)應(yīng)用到干擾的抑制過程中。在此基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進行冗余配置。當(dāng)某一儀表發(fā)生機械干擾后，ControlLogix 系統(tǒng)會立即發(fā)揮其冗余功能，將該儀表切斷并進行隔離，避免干擾的影響范圍擴大化。
（3）優(yōu)化環(huán)境
ControlLogix 系統(tǒng)，可對電磁流量計等儀表的運行環(huán)境進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)溫度、濕度與光環(huán)境出現(xiàn)異常時，會立即預(yù)警，提醒有關(guān)人員給予處理。例如：本化工企業(yè)曾發(fā)生一起電磁流量計失靈事件。事件發(fā)生當(dāng)日，環(huán)境溫度較高。加之空氣濕度較大，因此電磁流量計的參數(shù)出現(xiàn)了異常。事件發(fā)生后，工作人員及時收到了ControlLogix 系統(tǒng)的預(yù)警信息，并及時對環(huán)境溫度進行了調(diào)整，使干擾問題得到了解決。這表明優(yōu)化環(huán)境較為重要。
3.3 防干擾效果
本生產(chǎn)企業(yè)于2009 年初引進了ControlLogix 系統(tǒng)，并將其應(yīng)用到了自動化系統(tǒng)當(dāng)中。通過對系統(tǒng)應(yīng)用前后各自控儀表運行情況的觀察發(fā)現(xiàn)：1）系統(tǒng)應(yīng)用前：電磁流量計、液位計、濃度計年均因被干擾而發(fā)生故障的次數(shù)每年20 多次，因維修儀表而花費的成本為17 萬元。2）系統(tǒng)應(yīng)用后：電磁流量計、液位計、濃度計年均因被干擾而發(fā)生故障的次數(shù)，分別為2 次、0 次及1 次。干擾發(fā)生后，工作人員在ControlLogix 系統(tǒng)的預(yù)警指示下，立即排除了干擾源，并將干擾維護費用降低到了3.9 萬元，對比發(fā)現(xiàn)，ControlLogix 系統(tǒng)的應(yīng)用，取得良好的效果。
4 結(jié)語
綜上所述，對自控儀表系統(tǒng)防干擾策略的研究，為ControlLogix 系統(tǒng)的普及應(yīng)用，以及我國各行業(yè)儀表運行穩(wěn)定性的提升，提供了重要的借鑒資料。且一定程度上減少了電磁干擾、增強了機械性能、優(yōu)化了儀表的運行環(huán)境。未來，我國各領(lǐng)域應(yīng)視自控儀表及其常見干擾的類型，通過應(yīng)用濾波技術(shù)、控制電源，以及優(yōu)化環(huán)境等方式，達到抗干擾的目的，使儀表的性能得以進一步增強。
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