城市給排水流量計在自控儀表系統應用中的防干擾策略
點(diǎn)擊次數：1603 發(fā)布時(shí)間：2021-09-06 07:09:35
目前在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，自動(dòng)化控制系統在大中型企業(yè)中的應用已逐漸普遍，在自動(dòng)化控制系中，通過(guò)各種城市給排水流量計等種流量、液位、濃度、溫度儀表可以實(shí)現對于生產(chǎn)過(guò)程中的各項指標參數進(jìn)行實(shí)時(shí)監測與控制，達到自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。因此，儀表的穩定性與可靠性是關(guān)系到整個(gè)自動(dòng)化系統能否正常進(jìn)行的關(guān)鍵性因素，如果儀表發(fā)生干擾和故障，將導致監測與自動(dòng)化控制系統的失靈。筆者在工業(yè)自動(dòng)化控制行業(yè)工作多年，根據多年的實(shí)踐經(jīng)驗，撰此文簡(jiǎn)要介紹了城市給排水流量計等自動(dòng)化儀表的各種常見(jiàn)的不同類(lèi)型特點(diǎn)，分析這些儀表的在受到干擾時(shí)的各類(lèi)表現。本文以某自動(dòng)化控制系統為例，對自控儀表在防干擾方面的實(shí)踐情況進(jìn)行總結，提出相應的防干擾措施，供行業(yè)內相關(guān)人員借鑒。
近些年來(lái)，隨著(zhù)社會(huì )生產(chǎn)自動(dòng)化水平的不斷提升，自動(dòng)化控制儀表已被逐漸應用到了生產(chǎn)過(guò)程中。各項儀表的應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。但受電磁波、機械運行以及運行溫度與濕度等因素的影響，自控儀表系統很容易被干擾，進(jìn)而導致儀表的顯示數值出現誤差?？梢?jiàn)，為進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率及安全性，有必要對儀表的防干擾問(wèn)題進(jìn)行研究。
1 自控儀表常見(jiàn)類(lèi)型
1.1 城市給排水流量計
城市給排水流量計為化工生產(chǎn)所應用的主要儀表類(lèi)型，由磁路系統、測量導管、電極、轉換器等部分構成。其中，磁路系統為儀表的核心部分。該系統的作用在于產(chǎn)生磁場(chǎng)。通過(guò)測量導管內導電介質(zhì)流量的方式，對生產(chǎn)過(guò)程中電力系統運行情況進(jìn)行觀(guān)察。以判斷電力系統的性能是否能夠穩定發(fā)揮。城市給排水流量計使用過(guò)程中的常見(jiàn)干擾以電磁干擾為主[1]。除此之外，內部元件的質(zhì)量以及接線(xiàn)情況，同樣會(huì )對其性能產(chǎn)生影響?？梢?jiàn)，為提高生產(chǎn)效率及安全性，積極預防上述干擾是關(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。將其應用到化工生產(chǎn)行業(yè)，能夠有效明確液體的位置。隨著(zhù)液體位置的變化，浮子會(huì )隨之發(fā)生變化。此時(shí)，液位的高度，既可清晰的體現在儀表當中。磁浮子式儀表，由液位傳感器及信號轉換器兩部分構成。當液體位置發(fā)生變化時(shí)，磁位傳感器可隨之對其位置進(jìn)行測量[2]。并將測量所得到的信息傳輸至信號轉換器當中。信號轉換器接收到信號后，可立即將其轉換為可顯示的信號，并將其輸出，最終完成液位監測的過(guò)程。
1.3 濃度計
根據測量原理的不同，可將濃度計分為旋轉式、動(dòng)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(jìn)行測量。HGY2058 型酸堿鹽濃度計屬于在線(xiàn)監測濃度計的一種。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(jìn)行檢測。將該儀器應用到化工生產(chǎn)行業(yè)中，能夠使工作人員及時(shí)的掌握各項濃度指標。進(jìn)而通過(guò)對指標的調整，提高化工生產(chǎn)質(zhì)量及安全性。
2 自控儀表系統的干擾表現
2.1 電磁干擾
電磁干擾，為城市給排水流量計、液位計，以及濃度計的常見(jiàn)干擾類(lèi)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，儀器測量指標的準確度必然會(huì )受到影響[3]。儀表運行過(guò)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?chē)h(huán)境存在強磁場(chǎng)，則測量?jì)x表的電路與導線(xiàn)時(shí)，往往可見(jiàn)明顯的干擾電壓。上述現象表明，儀表周?chē)碾姶怒h(huán)境已經(jīng)對其運行的可靠性，及其參數顯示的準確度造成了影響。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(guò)程中，因機械干擾所導致的儀表參數不準確的問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。導致機械干擾問(wèn)題出現的原因，與施工人員震動(dòng)、敲打、沖擊等工作的執行有關(guān)。自控儀表系統中，各項元件，均具有極強的精密度及靈敏性。受外力沖擊后，極容易出現變形、錯位、連接線(xiàn)變動(dòng)等情況。部分儀表的指針同樣會(huì )出現變化?？梢?jiàn)，提高儀表運行的穩定性及安全性，并在嚴格控制機械運行狀態(tài)的基礎上，采用相應系統，對其相應指標進(jìn)行監測是關(guān)鍵。
2.3 環(huán)境干擾
儀表運行過(guò)程中，溫度與濕度的變化均會(huì )對其造成干擾?；どa(chǎn)行業(yè)城市給排水流量計、液位儀及濃度計中，均含有大量的半導體。半導體的功能主要在于導電。而其導電能力，則與光的變化顯著(zhù)相關(guān)。因此，如光的變化幅度過(guò)大，儀表的導電性能及其運行狀態(tài)，必然會(huì )受到影響。另外，因環(huán)境濕度過(guò)大所誘發(fā)的漏電與膨脹現象，以及因環(huán)境溫度過(guò)高而誘發(fā)的電路器件參數的變化，同樣會(huì )對自控儀表系統造成干擾。
3 自控儀表系統的防干擾策略
3.1 ControlLogix系統的構成
將ControlLogix 系統應用到自控儀表系統之中，能夠有效提高儀器的抗干擾性能。該系統主要由Logix5560 處理器、ControlLogix I/O 模塊、ControlLogix 背板，以及電源等部分構成。包括設備層、控制層、信息層三大層面。其中，設備層的功能，在于對“城市給排水流量計”、“液位計”以及“濃度計”的使用期限，及其故障情況進(jìn)行管理?？刂茖拥墓δ?，在于具體實(shí)現對儀表運行情況的優(yōu)化控制。信息層的功能，則在于提取系統所生成的信息，判斷儀表的運行是否面臨著(zhù)被干擾的風(fēng)險。
3.2 防干擾策略
（1）濾波方案
ControlLogix 系統可與濾波器相互連接，達到減少自控儀表系統干擾的目的。濾波器運行過(guò)程中，能夠對經(jīng)導線(xiàn)耦合到電路的干擾進(jìn)行實(shí)時(shí)的抑制。當儀表運行環(huán)境周?chē)盘栆约霸肼曨l率過(guò)高時(shí)。ControlLogix 系統可立即采集上述信息，并將存儲在數據庫中，對信息進(jìn)行分析。分析完成后的信息，會(huì )被傳輸給濾波器。此時(shí)，濾波器會(huì )立即被接入至傳輸通道中，發(fā)揮濾波的功效。最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(guò)程中所面臨的干擾問(wèn)題得到解決，提高儀表參數的準確度。
（2）控制電源
在化工生產(chǎn)過(guò)程中，各項儀表因震動(dòng)問(wèn)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，是確保生產(chǎn)過(guò)程能夠繼續進(jìn)行的關(guān)鍵。自控儀表系統的電源配置過(guò)程中，不同電源的異常自動(dòng)切斷電路，均可相互聯(lián)通。當某一儀表出現異常時(shí)，該儀表無(wú)法被隔離，干擾則會(huì )隨之產(chǎn)生。為解決上述問(wèn)題，可將ControlLogix 系統應用到干擾的抑制過(guò)程中。在此基礎上，對系統進(jìn)行冗余配置。當某一儀表發(fā)生機械干擾后，ControlLogix 系統會(huì )立即發(fā)揮其冗余功能，將該儀表切斷并進(jìn)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，可對城市給排水流量計等儀表的運行環(huán)境進(jìn)行監測，發(fā)現溫度、濕度與光環(huán)境出現異常時(shí)，會(huì )立即預警，提醒有關(guān)人員給予處理。例如：本化工企業(yè)曾發(fā)生一起城市給排水流量計失靈事件。事件發(fā)生當日，環(huán)境溫度較高。加之空氣濕度較大，因此城市給排水流量計的參數出現了異常。事件發(fā)生后，工作人員及時(shí)收到了ControlLogix 系統的預警信息，并及時(shí)對環(huán)境溫度進(jìn)行了調整，使干擾問(wèn)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(jìn)了ControlLogix 系統，并將其應用到了自動(dòng)化系統當中。通過(guò)對系統應用前后各自控儀表運行情況的觀(guān)察發(fā)現：1）系統應用前：城市給排水流量計、液位計、濃度計年均因被干擾而發(fā)生故障的次數每年20 多次，因維修儀表而花費的成本為17 萬(wàn)元。2）系統應用后：城市給排水流量計、液位計、濃度計年均因被干擾而發(fā)生故障的次數，分別為2 次、0 次及1 次。干擾發(fā)生后，工作人員在ControlLogix 系統的預警指示下，立即排除了干擾源，并將干擾維護費用降低到了3.9 萬(wàn)元，對比發(fā)現，ControlLogix 系統的應用，取得良好的效果。
4 結語(yǔ)
綜上所述，對自控儀表系統防干擾策略的研究，為ControlLogix 系統的普及應用，以及我國各行業(yè)儀表運行穩定性的提升，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(lái)，我國各領(lǐng)域應視自控儀表及其常見(jiàn)干擾的類(lèi)型，通過(guò)應用濾波技術(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(jìn)一步增強。
近些年來(lái)，隨著(zhù)社會(huì )生產(chǎn)自動(dòng)化水平的不斷提升，自動(dòng)化控制儀表已被逐漸應用到了生產(chǎn)過(guò)程中。各項儀表的應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。但受電磁波、機械運行以及運行溫度與濕度等因素的影響，自控儀表系統很容易被干擾，進(jìn)而導致儀表的顯示數值出現誤差?？梢?jiàn)，為進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率及安全性，有必要對儀表的防干擾問(wèn)題進(jìn)行研究。
1 自控儀表常見(jiàn)類(lèi)型
1.1 城市給排水流量計
城市給排水流量計為化工生產(chǎn)所應用的主要儀表類(lèi)型，由磁路系統、測量導管、電極、轉換器等部分構成。其中，磁路系統為儀表的核心部分。該系統的作用在于產(chǎn)生磁場(chǎng)。通過(guò)測量導管內導電介質(zhì)流量的方式，對生產(chǎn)過(guò)程中電力系統運行情況進(jìn)行觀(guān)察。以判斷電力系統的性能是否能夠穩定發(fā)揮。城市給排水流量計使用過(guò)程中的常見(jiàn)干擾以電磁干擾為主[1]。除此之外，內部元件的質(zhì)量以及接線(xiàn)情況，同樣會(huì )對其性能產(chǎn)生影響?？梢?jiàn)，為提高生產(chǎn)效率及安全性，積極預防上述干擾是關(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。將其應用到化工生產(chǎn)行業(yè)，能夠有效明確液體的位置。隨著(zhù)液體位置的變化，浮子會(huì )隨之發(fā)生變化。此時(shí)，液位的高度，既可清晰的體現在儀表當中。磁浮子式儀表，由液位傳感器及信號轉換器兩部分構成。當液體位置發(fā)生變化時(shí)，磁位傳感器可隨之對其位置進(jìn)行測量[2]。并將測量所得到的信息傳輸至信號轉換器當中。信號轉換器接收到信號后，可立即將其轉換為可顯示的信號，并將其輸出，最終完成液位監測的過(guò)程。
1.3 濃度計
根據測量原理的不同，可將濃度計分為旋轉式、動(dòng)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(jìn)行測量。HGY2058 型酸堿鹽濃度計屬于在線(xiàn)監測濃度計的一種。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(jìn)行檢測。將該儀器應用到化工生產(chǎn)行業(yè)中，能夠使工作人員及時(shí)的掌握各項濃度指標。進(jìn)而通過(guò)對指標的調整，提高化工生產(chǎn)質(zhì)量及安全性。
2 自控儀表系統的干擾表現
2.1 電磁干擾
電磁干擾，為城市給排水流量計、液位計，以及濃度計的常見(jiàn)干擾類(lèi)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，儀器測量指標的準確度必然會(huì )受到影響[3]。儀表運行過(guò)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?chē)h(huán)境存在強磁場(chǎng)，則測量?jì)x表的電路與導線(xiàn)時(shí)，往往可見(jiàn)明顯的干擾電壓。上述現象表明，儀表周?chē)碾姶怒h(huán)境已經(jīng)對其運行的可靠性，及其參數顯示的準確度造成了影響。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(guò)程中，因機械干擾所導致的儀表參數不準確的問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。導致機械干擾問(wèn)題出現的原因，與施工人員震動(dòng)、敲打、沖擊等工作的執行有關(guān)。自控儀表系統中，各項元件，均具有極強的精密度及靈敏性。受外力沖擊后，極容易出現變形、錯位、連接線(xiàn)變動(dòng)等情況。部分儀表的指針同樣會(huì )出現變化?？梢?jiàn)，提高儀表運行的穩定性及安全性，并在嚴格控制機械運行狀態(tài)的基礎上，采用相應系統，對其相應指標進(jìn)行監測是關(guān)鍵。
2.3 環(huán)境干擾
儀表運行過(guò)程中，溫度與濕度的變化均會(huì )對其造成干擾?；どa(chǎn)行業(yè)城市給排水流量計、液位儀及濃度計中，均含有大量的半導體。半導體的功能主要在于導電。而其導電能力，則與光的變化顯著(zhù)相關(guān)。因此，如光的變化幅度過(guò)大，儀表的導電性能及其運行狀態(tài)，必然會(huì )受到影響。另外，因環(huán)境濕度過(guò)大所誘發(fā)的漏電與膨脹現象，以及因環(huán)境溫度過(guò)高而誘發(fā)的電路器件參數的變化，同樣會(huì )對自控儀表系統造成干擾。
3 自控儀表系統的防干擾策略
3.1 ControlLogix系統的構成
將ControlLogix 系統應用到自控儀表系統之中，能夠有效提高儀器的抗干擾性能。該系統主要由Logix5560 處理器、ControlLogix I/O 模塊、ControlLogix 背板，以及電源等部分構成。包括設備層、控制層、信息層三大層面。其中，設備層的功能，在于對“城市給排水流量計”、“液位計”以及“濃度計”的使用期限，及其故障情況進(jìn)行管理?？刂茖拥墓δ?，在于具體實(shí)現對儀表運行情況的優(yōu)化控制。信息層的功能，則在于提取系統所生成的信息，判斷儀表的運行是否面臨著(zhù)被干擾的風(fēng)險。
3.2 防干擾策略
（1）濾波方案
ControlLogix 系統可與濾波器相互連接，達到減少自控儀表系統干擾的目的。濾波器運行過(guò)程中，能夠對經(jīng)導線(xiàn)耦合到電路的干擾進(jìn)行實(shí)時(shí)的抑制。當儀表運行環(huán)境周?chē)盘栆约霸肼曨l率過(guò)高時(shí)。ControlLogix 系統可立即采集上述信息，并將存儲在數據庫中，對信息進(jìn)行分析。分析完成后的信息，會(huì )被傳輸給濾波器。此時(shí)，濾波器會(huì )立即被接入至傳輸通道中，發(fā)揮濾波的功效。最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(guò)程中所面臨的干擾問(wèn)題得到解決，提高儀表參數的準確度。
（2）控制電源
在化工生產(chǎn)過(guò)程中，各項儀表因震動(dòng)問(wèn)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，是確保生產(chǎn)過(guò)程能夠繼續進(jìn)行的關(guān)鍵。自控儀表系統的電源配置過(guò)程中，不同電源的異常自動(dòng)切斷電路，均可相互聯(lián)通。當某一儀表出現異常時(shí)，該儀表無(wú)法被隔離，干擾則會(huì )隨之產(chǎn)生。為解決上述問(wèn)題，可將ControlLogix 系統應用到干擾的抑制過(guò)程中。在此基礎上，對系統進(jìn)行冗余配置。當某一儀表發(fā)生機械干擾后，ControlLogix 系統會(huì )立即發(fā)揮其冗余功能，將該儀表切斷并進(jìn)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，可對城市給排水流量計等儀表的運行環(huán)境進(jìn)行監測，發(fā)現溫度、濕度與光環(huán)境出現異常時(shí)，會(huì )立即預警，提醒有關(guān)人員給予處理。例如：本化工企業(yè)曾發(fā)生一起城市給排水流量計失靈事件。事件發(fā)生當日，環(huán)境溫度較高。加之空氣濕度較大，因此城市給排水流量計的參數出現了異常。事件發(fā)生后，工作人員及時(shí)收到了ControlLogix 系統的預警信息，并及時(shí)對環(huán)境溫度進(jìn)行了調整，使干擾問(wèn)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(jìn)了ControlLogix 系統，并將其應用到了自動(dòng)化系統當中。通過(guò)對系統應用前后各自控儀表運行情況的觀(guān)察發(fā)現：1）系統應用前：城市給排水流量計、液位計、濃度計年均因被干擾而發(fā)生故障的次數每年20 多次，因維修儀表而花費的成本為17 萬(wàn)元。2）系統應用后：城市給排水流量計、液位計、濃度計年均因被干擾而發(fā)生故障的次數，分別為2 次、0 次及1 次。干擾發(fā)生后，工作人員在ControlLogix 系統的預警指示下，立即排除了干擾源，并將干擾維護費用降低到了3.9 萬(wàn)元，對比發(fā)現，ControlLogix 系統的應用，取得良好的效果。
4 結語(yǔ)
綜上所述，對自控儀表系統防干擾策略的研究，為ControlLogix 系統的普及應用，以及我國各行業(yè)儀表運行穩定性的提升，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(lái)，我國各領(lǐng)域應視自控儀表及其常見(jiàn)干擾的類(lèi)型，通過(guò)應用濾波技術(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(jìn)一步增強。
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