仪表自控系统的信号干扰和控制室与现场仪表安全问题的浅析与防范

化纤厂公用工程和净化水厂装置的仪表自控系统大部分采用的是EK系列常规仪表系统和DCS集散控制系统。虽然控制室仪表采用的是单一的EK系列和DCS仪表，但是现场仪表的种类繁多，涉及的技术面广。在这多年的装置运行当中，遇到过不少的仪表系统的故障和仪表系统的损坏现象。总结和分析这些故障是仪表系统本身的故障外，还有一个不容忽视的故障原因是仪表间各自信号线和电源线的接线规范及控制室和现场仪表间的电缆敷设、接地线等问题。特别是在一些电磁流量计传感器等弱信号检测仪表系统当中，现场仪表和控制室仪表的接地、电缆敷设、信号线及电源线的接线情况等都影响仪表测量准确度和仪表的安全运行。所以总结多年的工作经验，参考有关仪表资料与实际工作相结合，规范出了几点仪表接地、电源和电缆敷设等方面的注意事项及防范措施。化工技术论坛 - 赠人玫瑰 手有余香9 s/ T, S6 k/ X7 E7 D! l5 C, n
1．仪表自控系统的信号干扰因素
　　干扰又叫噪声，是窜入或叠加在系统电源、信号电缆上的与信号无关的电信号。干扰会造成测量的误差、严重的干扰可造成设备损坏。常见的干扰有以下几种：压力容器，化工工艺; d* j! t3 p2 R" g
　（1）传导干扰
　　1）当几种信号电缆在一起传输时，由于绝缘材料老化、漏电而影响到其它信号，即在其它信号中引入干扰。bbs.hgbbs.net& j4 [" d# \* C% o2 T+ Q
　　2） 在一些现场执行机构中，采用220V电源供电，有时设备烧坏，或者人为因素，造成电源与信号电缆间短路，强电窜入弱电，造成较大的干扰和仪表损坏。8 o% n7 a" N) j( Y
　　3） 由于接地不合理引起的共模干扰。如果信号电缆的两端同时接地，则两点的接地系统可能出现电位差异△E，可能会在信号电缆上产生一个很大的环流，叠加在信号电流上，造成模拟量信号波动，严重时可能引起仪表或卡件故障。压力容器，化工工艺7 P: Q& j1 d$ l9 z# G
　　4） 在运行过程中，卡件发出的采集信号长时间接地，形成的接地电流超过允许值，导致通道损坏。
　　以上这几种传导干扰中，由于现在仪控系统自身的设备状态都有保障，因此，由于绝缘材料老化或设备烧坏等原因引起的干扰较少出现，而由于接地引起的干扰较为常见，也比较难以捉摸，应该给予足够的重视。" l" x4 H; P) U: ^! R( \( f
　　（2）电容电感耦合干扰bbs.hgbbs.net8 o% Q1 {6 ^ [+ Z! w" y- n$ Q
　　在被控现场，往往有很多信号走电缆槽或者走电缆管同时接入控制系统，这些信号电缆在一起走线，之间均有分布电容存在，会通过这些分布电容将干扰加到别的信号电缆上。另外，在交变信号电缆的周围会产生交变的磁通，而这些交变磁通会在并行的导体之间产生电动势，这也会造成线路上的干扰。" Q* ~- d! D7 D8 b" `
　　（3）大型电气设备引起的干扰
　　在大型电气设备启动和开关装置动作频繁的地方，电动机的启动、开关的闭合产生的火花会在其周围产生很大的交变磁场．这些交变磁场既可以通过在信号电缆上耦合产生干扰，也可能通过在电源电缆上耦合产生高频干扰，这些干扰如果超过容许范围，也会影响系统的工作。. J. y6 |( H. r) U. @/ r
　　（4）其它因素) j- S6 p: ~$ m1 W7 K
　　雷击可能在系统周围产生很大的电磁干扰，也可能通过各种接地线引入干扰。静电也往往成为毁坏系统设备的杀手。% `1 y% e; }5 W7 B6 M& \
2 .防止干扰和设备损坏的一般方法$ x4 \6 L* f9 r: e( [$ F" t
　　（1）系统电源
　　系统电源应该有冗余，各路配电模件应该有独立的截峰二极管（过压）、自动断路器（过流）等保护。供电系统最好采用隔离变压器，使DCS系统接地点和动力强电系统接地点独立开来，并采用电源低通滤波器来消除电网上的高次谐波。为避免波动，DCS供电要尽量来自负荷变化小的电网上。要严格防止强电通过端子排线路串入DC24V供电回路，并定期检查机柜电源系统是否正常、供电电压是否在规定范围内、系统接地是否可靠、良好、线路绝缘是否合格，停、送电按要求程序执行。通过以上工作，这方面的风险就可以有效避免。压力容器，化工工艺2 B6 Q/ _2 L9 d! [
　　（2）电缆敷设
　　强电电缆与弱电电缆应分开敷设，电源电压220V以下、电流10A以下的电源电缆和信号电缆之间的距离要大于150mm，电源电压220V以上、电流10A以上的电源电缆与信号电缆之间的距离应该大于600mm。若只能放在同一桥架内，之间要装隔离板。热工电缆不可放在高压电场内。对于电容式设备的二次电缆，比如电容式电压互感器的二次电缆，施工要与地靠近平直。在发电机等附近有较强辐射处，要注意应该有铜皮或铝箔等做成密封箱，来起到屏蔽作用。信号回路必须要有唯一的参考地，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地环路”。
　　（3）信号隔离
　　对于模拟量输入输出（AI/AO）回路，要防止从现场来的强电串入卡件，以及就地设备与DCS系统不共地可能产生的电势差。重要回路应该采取信号隔离器。对于数字量输入输出（DI/DO）回路，常用的解决方法就是对DI/DO信号采用继电器隔离。比如对于一个马达控制关反馈输入回路：现场的常开接点闭合时，继电器线圈带电，输出接点闭合，接点信号引入开关量采集卡件。这样，强电就不会串入卡件的信号回路，发生故障时，也主要检修隔离的外回路。采用继电器进行信号隔离的缺点是：需要给外回路添加供电回路；采用电磁隔离和光电隔离技术的开关量隔离器，可以减少为外回路供电的工作量。bbs.hgbbs.net" S$ y `, h9 j! }* h
　　（4）防静电和避雷措施6 y- }. x; x t# O
　　进入控制室和电子室，要穿防静电工作服，触摸模块时，必须带静电释放腕套。检修中，从机架上拆下的卡件要放在接地良好的防静电毡上，不能随意摆弄。采取综合的防雷措施，尤其是DCS系统不能和电气及防雷接地公用接地网，并且之间距离要满足要求。
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3. 结束语化工技术论坛 - 赠人玫瑰 手有余香; D" d4 U( @* Q% w
　　由此看来，在仪表自控系统应用中，接地问题是非常值得关注的。接地设计其实是一个复杂的系统工程，在接地系统设计中应按国家有关标准进行，在基建当中，要严格按设计图纸进行施工，并组织电气对接地进行严格测试，保证其符合设计要求。另外，针对仪表自控系统干扰和安全问题，要求我们熟悉现场，采取适当综合的措施，就能在最大程度上保证系统的正常安全运行。