关键词：仪表分类；干扰因素；抗干扰措施；故障排除
本工程建设原油储罐11座，储油量为110万m3，属于大型原油储罐项目，供输油工艺采用SCADA控制系统，现场设PLC设备对生产过程的数据进行收集、监控、安全保护、计量及运行管理，使操作人员实时掌握装置的运行情况，合理调度，从而达到安全、平稳、经济、高效生产。
1 仪表分类
1.1每个储罐顶安装10点平均温度计（带水位传感器），信号通过FF总线协议传输至储罐顶部的雷达液位计。
1.2 每台储罐安装一套雷达液位计，信号通过总线形式传至罐旁显示单元。罐旁指示仪实时显示储罐的油高、温度及水位等各项测量数据，并通过Modbus将信号传输至八罐组辅房机柜间内的储运系统PLC。
1.3油罐通过射频导纳开关监测报警液位，并现场制作一个长度2m的重锤式液位开关，重锤液位开关与雷达液位计信号同时与罐底阀门连锁，报警状态时关闭阀门；底部的液位开关与雷达液位计进行二取一，有一个信号达到低低报警时，联锁停05-P801～809及其泵出口电动阀。
液位开关信号采用硬接线的方式接入至罐组8辅房机柜间储运PLC内。
1.4输油管道上设置压力采集和温度采集的传感器，通过4~20mA模拟量信号传输至现场中控机柜。
1.5 因项目地处北方，冬季寒冷，管道保温采用电伴热型式，电伴热运行状态和启停可通过远程界面进行控制。电伴热控制箱内设置通讯单元，实现对信号传输。
1.4信号类型
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2 仪表信号的干扰因素
自控仪表均为低电压或低电流信号，在传输过程中极易受到外界环境的影响，如电磁干扰、环境温度干扰、介质污染、施工工艺不当等。
2.1 电磁干扰
罐区内因为有大功率机泵运行，电磁干扰的主要来源为泵房内的多台130KW变频输油泵。变频器运行过程中会产生的高次谐波，对周围设备元器件干扰最为严重。通过本工程后期投运情况分析可知，变频泵启动后的电磁干扰是罐区控制系统运行的主要干扰源。本工程中出现的一个典型问题是当泵房内变频油泵启动时，罐顶的雷达液位计信号就会报故障，当油泵停机后，故障信号消失，严重影响罐区生产。
2.2 温度变化干扰
罐区冬夏温度差较大，会影响测量精度。根据当地气象部门提供资料，营口地区冬季最低气温可达零下20℃，夏季最高温度可到38℃，温差明显，如果仪表未配备温度补偿装置则会对测量结果产生很大影响。
2.3 仪表电源影响
仪表设备多为精密元器件，对电压电流要求较高。电源常用直流24V供电，容易受到电网波动影响，从而影响电源的稳定。输入电源变化超过允许范围后，信号的采集和输出会失真，影响测量结果。当仪表线路过长时，电压降较大，也会出现信号故障，检测不准现象。
2.4 施工工艺不当
施工工艺对仪表系统的影响主要集中在布线过程中，强弱电交叉敷设，或分开敷设间距不足50公分并未采取合理有效的隔离措施。根据施工规范要求，电缆沟内的强弱电电缆必须严格分开，并布置在电缆沟的两侧，当不能满足间距要求时应做好充分的屏蔽措施。供电电缆和信号线缆未采用带屏蔽效果的电缆，施工过程中电缆出现破损等人为原因都会对信号传输带来干扰。
2.5 接地系统选择不当
控制系统对接地要求较高，一个是对接地电阻值要求，一个是接地型式的要求。一般控制系统工程均要求接地电阻值不大于4Ω，控制系统接地与供电系统的接地系统可以公用，但应保证一定的安全距离。信号线缆的屏蔽层接地应根据仪表使用情况合理选择接地点，电缆有中间接头时，接头工艺应满足工况要求。施工中常见屏蔽层连接后未做绝缘防护，导致多点接地现象发生。
3 抗干扰应对措施
3.1 降低变频器干扰源
本工程在投入运行过程中，由于大功率变频油泵的启动，造成雷达液位计在中控室组态界面显示故障。初期分析仪表通讯线缆与油泵供电电缆存在一段距离的共电缆沟敷设，供电电缆产生高次谐波干扰信号传输。后采用临时电缆重新更换了仪表通信和电源线缆，干扰仍然存在。于是我们对问题进行了具体分析：变频器工作时，对仪表感染比较严重，干扰的主要传播路径为空间辐射、电缆传导、电磁耦合等，主要途径如下图所示：
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图3-1 信号干扰示意图
由此可见，解决变频器输入输出端产生的高频谐波干扰成为问题的关键。经过与厂家的交流探讨认为是变频器自带滤波装置不足以将高次谐波滤除干净。因此在输入输出每相线上增加两只差模环和共模环，系统运行后，工作正常，系统干扰现象消失。系统处理后的框图如图3-2所示。
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图3-2 系统处理后框图
3.2 选择性能优良的电源系统
现在常见的控PLC制系统中，系统供电电源基本都已选用隔离性能较好，在线式不间断电源（UPS）。不间断电源不仅可以提供质量好的稳定电源，也可以保证电网断电情况下系统不断电。是目前应用最广的理想电源。
3.3 严格施工工艺质量管理
多数控制系统在顶端设计时已经考虑了完善的抗干扰措施，比如电源滤波、信号滤波、线缆屏蔽等。但是生产中干扰的现象依然存在，原因之一就是在施工过程中的质量控制上，电缆布线没有按照设计要求和施工规范施工，线缆布放过程中破损，电缆接头不牢固，仪表安装位置选择不当，强弱电交叉处未做有效的隔离措施。变频器接地线过长和接地点选择不合理也是干扰产生的原因之一。行之有效的解决方法应该加强质量责任制，提高作业人员的责任心，严格按照施工工艺文件执行，落实奖惩制度。
3.4 合理选择接地系统
（1）现场仪表的外壳、仪表接线箱应与接地系统连接可靠。仪表保护严禁串联接地。
（2）信号线缆屏蔽层电缆接地形式应根据设计要求选择是在设备端接地还是机柜端接地。
（3）仪表系统设备的接地连接全部采用等电位连接的方式，控制系统接地可与电气系统接地共用。
（4）220VAC供电采用TN-S的接地方式。
系统保护接地：系统保护接地（FG）电阻≤4Ω。
系统工作接地：系统工作接地（SG）电阻≤4Ω。
4 故障排除分析
当控制系统中的仪表信号出现故障时，首先应根据工艺流程进行应急操作，防止故障进一步扩大。科学快速的进行故障排查和处理是保证生产的重要工作，作为维保人员当仪表出现问题时应按照以下流程进行排查：
（1）单个仪表设备是否正常；（2）通讯、电源线路是否畅通；（3）软件设置是否有误；（4）是否存在误操作；（5）配电系统是否短路、断路等。
最后根据排查出的问题参照厂家提供的设备手册或咨询售后进行更换维修。
5 结束语
通过多个项目观察可知，控制系统的干扰源是不可能完全消除的，只能通过科学合理有效的措施将干扰降到可接受范围，同时规范施工过程，保证正常生产。
参考文献
[1]《内蒙古石油化工》 2018年10期 作者： 王亚军 篇名： 《PLC控制系统抗干扰技术设计策略》
[2]《百科论坛电子杂志》 2018年9期 作者： 尹磊 篇名： 《PLC控制系统抗干扰策略分析》
[3]《中国信息技术教育》 2008年3期 作者： 张鹏宇 篇名： 《PLC系统抗干扰控制技术设计》
论文作者:赵永
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/29
标签：信号论文; 仪表论文; 干扰论文; 系统论文; 电缆论文; 抗干扰论文; 控制系统论文; 《科学与技术》2019年第22期论文;