儀表信號受變頻干擾的處理

李曉莉

（武漢軟件工程職業學院,430205）

儀表信號受變頻干擾的處理

李曉莉

（武漢軟件工程職業學院,430205）

本文采用系統分析法進行信號干擾的原因查找和分析，在確定儀表信號受到變頻干擾后，根據干擾的原理，采用遠離干擾源和加強屏蔽的抗干擾方法，最終干擾被消除，生產得于正常運行。

干擾;變頻器;儀表信號;屏蔽;電磁感應

信號干擾無處不在，在自動化行業，如果發生材料選購有誤、安裝方式不符號規范、電磁干擾強烈的環境條件等現象，儀表信號都容易出現受到干擾的情況。干擾影響有大有小，有的可以忽略不計，但有的可以影響到生產的關停。因此，干擾不容忽視。

下面以裝置儀表信號發生變頻干擾為例，分析變頻干擾產生的原因和處理。

1 現象描述

背景：本裝置是自動化采氣裝置，由集散控制系統和現場儀表組成，能夠監測過程儀表狀態和控制各種執行儀表。為了做好節能減排的工作，決定進行工程改造，對外輸泵增加變頻器，減少外輸泵頻繁啟動的次數，并且節省電量。在安裝好變頻器后進行變頻器啟動運行的調試。在中控啟動變頻器的瞬間，中控操作站畫面出現TI-1021，TI-1020，TI-1022，TI-1018，TI-1019，TI1039，TI-1040，TI-1041，TI-1042，TI-1043，TI-1044，TI-1045，PI-1092B等一連串過程控制系統系統的低報警，如圖1、圖2所示。

圖1 出現低報警的溫度變送器CEP-TI-1018

圖2 出現干擾的壓力變送器CEP-PI-1003

2 原因分析

根據調查歷史趨勢發現，這些信號無一例外都是發生在4:52:38PM，說明這是一個群體性的信號波動。如果是單個信號的波動可能是由接線端子松動所引起，由于這是群體性的現象，原因只能是受到信號的干擾。信號干擾必須有干擾源、傳播路徑、敏感器件。

首先，從敏感器件出發，由于敏感器件是各個變送器，分布于各個區域，而且區域相對分散，故排除受到群體干擾的可能；從集散控制系統出發，由于這些信號屬于不同的卡件，而且同一卡件上的信號只有一部分受到影響，所以排除系統受到影響的可能；因此，只能是信號電纜受到了影響。信號電纜受到影響有兩種可能，一種是通過現場儀表電源單獨供電或者共用電源供電的供電電源竄入的干擾；另外一種是信號電纜受到電磁干擾而產生的影響。經過查看歷史曲線圖，發現受到影響的都是同一個電纜槽里面的信號電纜，因此，確定是第二種，信號電纜受到了電磁干擾。查找這些電纜經過的電纜槽，發現有一段6米長的信號電纜平行于動力電纜。

其次，從干擾源出發，由于這事是在工程改造增加變頻器以后發生的，以前從來沒有發生過。查找變頻器動力電纜的走向，發現這個變頻器的動力電纜剛好是與這些受干擾的信號電纜平行的動力電纜槽里面。并且，只要變頻器啟動瞬間，信號干擾同時發生；在變頻器安裝以前從來沒有發生過儀表信號受到干擾的情況，因此，這些信號是受到變頻干擾的。

3 處理方法

根據干擾的工作原理，可以采用多種抗干擾措施進行處理：動力電纜更換為雙層屏蔽電纜，過程控制系統系統電纜更換為雙重屏蔽電纜，動力電纜和信號電纜布線距離達到要求，在信號電纜外設置屏蔽層（如鋼管，鋼絲帶，屏蔽蓋等），接地方式的改進等；在本裝置中，動力電纜和信號電纜的更換將會影響到生產，因此不采用電纜更換的方法。經過綜合考慮，最終確定綜合采取以下三個措施：

（1）將動力電纜和信號電纜布線遠離。

根據規范：應盡量避免信號線與電平輸送線平行敷設，若不可避免時，兩者之間必須保持一定的距離（摘自《海洋石油工程設計指南第3冊》——第四篇 海上油氣田電氣、儀控、通信系統設計中的第483頁）。此方法將動力電纜向遠離信號電纜的方向的移動，同時將信號電纜向遠離動力電纜的方向移動，減少動力電纜磁場強度的影響。

（2）信號電纜外層加屏蔽。

采用2mm厚度的不銹鋼板作為屏蔽層，將屏蔽層包裹在信號電纜槽的外面，有電纜槽支架支撐。

（3）接地匯流排的改正

在檢查中發現，過程控制系統系統和火氣系統、緊急關斷系統都同時處于同一個電纜槽，但是電纜槽內只有過程控制系統的信號電纜受到影響，其他兩個系統的信號都沒有受到影響，因此從檢查接地方式的過程中，發現這兩個系統的接地方式是不同的。

過程控制系統系統接地方式是將信號屏蔽接地線和電源接地線接到同一個接地匯流排上（并且接地螺絲松動），而火氣系統、緊急關斷系統的接地方式是將信號接地線和電源接地線分別接到各自的匯流排，然后再匯總到總的接地匯流排進行接地。

而實際上，避免電源及信號共用回流路徑，如果共用的話，有可能會導致電源地上大的電流會在信號地上產生一個電壓差（可以解釋為：導線是有阻抗的，只是很小的阻值，但如果所流過的電流較大時，也會在此導線上產生電位差，這也叫共阻抗干擾），使信號地的真實電位高于0V，如果信號地的電位較大時，有可能會使信號本來是高電平的，但卻誤判為低電平。這也就成為過程控制系統系統的信號受到干擾，而緊急關斷系統、火氣系統的信號沒有受到干擾的原因之一。

因此，將進行一些小改動，將信號屏蔽地接到專用的信號屏蔽接地匯流排，將電源地接到電源專用的電源接地匯流排，然后再接到總的匯流排，并且保證總的匯流排的接地線電阻小于等于4歐姆，并且接地良好（緊固接地螺絲）。

5 結束語

綜上所述，在自動化行業，干擾源無處不在，需要在設計時候參照相關儀表信號安裝規范，做出防信號干擾的措施，并且在儀表信號安裝過程嚴格按照規范和設計資料執行；否則，就容易出現儀表信號受到干擾的情況。在環境變化（如工程改造增加變頻器）后，信號干擾源變強，導致安裝的條件不能滿足現在的需要，因此，在工程改造增加變頻器的設計階段，要考慮到干擾增強對儀表信號干擾的因素，防止出現由于變頻干擾而影響生產甚至關停的尷尬局面。本文根據信號干擾情況，采用了系統分析法進行原因查找和分析，并最終通過遠離干擾源和加強屏蔽層的措施等，解決了變頻干擾的問題，生產得以正常運行。

[1] 《海洋石油工程設計指南第7冊》 《海洋石油工程設計指南》編委會.北京：石油工業出版社，2008.1

[2] 《儀表工手冊》 樂嘉謙主編 化學工業出版社 2004.01

[3] 解決變頻設備與儀表轉速信號干擾問題的探討 中國儀器儀表 2008（11）

李曉莉，女，1981年11月出生，中國地質大學（武漢）碩士研究生畢業，武漢軟件工程職業學院專任教師，研究方向為電氣自動化，計算機控制，高職教育研究。

Processing of frequency conversion interference of instrument signal

Li Xiaoli
（Wuhan software engineering,Career Academy,430205）

In this paper,the system analysis method is used to find and analyze the cause of signal interference.After the determination of the instrument signal is interfered by the frequency conversion, according to the principle of interference,the interference method, which is far from the interference source and strengthen the shielding method,is eliminated.

interference;frequency converter;instrument signal;shielding;electromagnetic induction