熱水流量計(jì)在自控儀表系統(tǒng)應(yīng)用中的防干擾策略

目前在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，自動(dòng)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(dòng)化控制系中，通過各種熱水流量計(jì)等種流量、液位、濃度、溫度儀表可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，達(dá)到自動(dòng)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(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)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(dǎo)致監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化控制系統(tǒng)的失靈。筆者在工業(yè)自動(dòng)化控制行業(yè)工作多年，根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，撰此文簡(jiǎn)要介紹了熱水流量計(jì)等自動(dòng)化儀表的各種常見的不同類型特點(diǎn)，分析這些儀表的在受到干擾時(shí)的各類表現(xiàn)。本文以某自動(dòng)化控制系統(tǒng)為例，對(duì)自控儀表在防干擾方面的實(shí)踐情況進(jìn)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(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(yīng)用到了生產(chǎn)過程中。各項(xiàng)儀表的應(yīng)用為工作人員了解機(jī)械運(yùn)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(jī)械運(yùn)行以及運(yùn)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(jìn)而導(dǎo)致儀表的顯示數(shù)值出現(xiàn)誤差。可見，為進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率及安全性，有必要對(duì)儀表的防干擾問題進(jìn)行研究。

1 自控儀表常見類型
1.1 熱水流量計(jì)
熱水流量計(jì)為化工生產(chǎn)所應(yīng)用的主要儀表類型，由磁路系統(tǒng)、測(cè)量導(dǎo)管、電*、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(chǎng)。通過測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)流量的方式，對(duì)生產(chǎn)過程中電力系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行觀察。以判斷電力系統(tǒng)的性能是否能夠穩(wěn)定發(fā)揮。熱水流量計(jì)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(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生影響。可見，為提高生產(chǎn)效率及安全性，積*預(yù)防上述干擾是關(guān)鍵。
1.2 液位計(jì)
液位計(jì)，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(huì)隨之發(fā)生變化。此時(shí)，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(hào)轉(zhuǎn)換器兩部分構(gòu)成。當(dāng)液體位置發(fā)生變化時(shí)，磁位傳感器可隨之對(duì)其位置進(jìn)行測(cè)量[2]。并將測(cè)量所得到的信息傳輸至信號(hào)轉(zhuǎn)換器當(dāng)中。信號(hào)轉(zhuǎn)換器接收到信號(hào)后，可立即將其轉(zhuǎn)換為可顯示的信號(hào)，并將其輸出，*終完成液位監(jiān)測(cè)的過程。
1.3 濃度計(jì)
根據(jù)測(cè)量原理的不同，可將濃度計(jì)分為旋轉(zhuǎn)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(duì)液體中物質(zhì)的濃度進(jìn)行測(cè)量。HGY2058 型酸堿鹽濃度計(jì)屬于在線監(jiān)測(cè)濃度計(jì)的一種。儀器可與傳感器相連接，在不與被測(cè)介質(zhì)接觸的情況下，對(duì)具有強(qiáng)烈腐蝕性的介質(zhì)的濃度進(jìn)行檢測(cè)。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(shí)的掌握各項(xiàng)濃度指標(biāo)。進(jìn)而通過對(duì)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，為熱水流量計(jì)、液位計(jì)，以及濃度計(jì)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(cè)量指標(biāo)的準(zhǔn)確度必然會(huì)受到影響[3]。儀表運(yùn)行過程中，電與磁可經(jīng)電路與磁路對(duì)儀表產(chǎn)生干擾。如儀表運(yùn)行周圍環(huán)境存在強(qiáng)磁場(chǎng)，則測(cè)量?jī)x表的電路與導(dǎo)線時(shí)，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(duì)其運(yùn)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(xiǎn)。
2.2 機(jī)械干擾
化工生產(chǎn)的過程中，因機(jī)械干擾所導(dǎo)致的儀表參數(shù)不準(zhǔn)確的問題時(shí)有發(fā)生。導(dǎo)致機(jī)械干擾問題出現(xiàn)的原因，與施工人員震動(dòng)、敲打、沖擊等工作的執(zhí)行有關(guān)。自控儀表系統(tǒng)中，各項(xiàng)元件，均具有*強(qiáng)的精密度及靈敏性。受外力沖擊后，*容易出現(xiàn)變形、錯(cuò)位、連接線變動(dòng)等情況。部分儀表的指針同樣會(huì)出現(xiàn)變化。可見，提高儀表運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性，并在嚴(yán)格控制機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)上，采用相應(yīng)系統(tǒng)，對(duì)其相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)是關(guān)鍵。
2.3 環(huán)境干擾
儀表運(yùn)行過程中，溫度與濕度的變化均會(huì)對(duì)其造成干擾。化工生產(chǎn)行業(yè)熱水流量計(jì)、液位儀及濃度計(jì)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(yùn)行狀態(tài)，必然會(huì)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(huì)對(duì)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(duì)“熱水流量計(jì)”、“液位計(jì)”以及“濃度計(jì)”的使用期限，及其故障情況進(jìn)行管理。控制層的功能，在于具體實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表運(yùn)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(yùn)行是否面臨著被干擾的風(fēng)險(xiǎn)。
3.2 防干擾策略
（1）濾波方案
ControlLogix 系統(tǒng)可與濾波器相互連接，達(dá)到減少自控儀表系統(tǒng)干擾的目的。濾波器運(yùn)行過程中，能夠?qū)?jīng)導(dǎo)線耦合到電路的干擾進(jìn)行實(shí)時(shí)的抑制。當(dāng)儀表運(yùn)行環(huán)境周圍信號(hào)以及噪聲頻率過高時(shí)。ControlLogix 系統(tǒng)可立即采集上述信息，并將存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)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。*終達(dá)到減少衰減噪聲、提高信噪比的目的。使各項(xiàng)儀表運(yùn)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。
（2）控制電源
在化工生產(chǎn)過程中，各項(xiàng)儀表因震動(dòng)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(jìn)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(dòng)切斷電路，均可相互聯(lián)通。當(dāng)某一儀表出現(xiàn)異常時(shí)，該儀表無法被隔離，干擾則會(huì)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行冗余配置。當(dāng)某一儀表發(fā)生機(jī)械干擾后，ControlLogix 系統(tǒng)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(kuò)大化。
（3）優(yōu)化環(huán)境
ControlLogix 系統(tǒng)，可對(duì)熱水流量計(jì)等儀表的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)溫度、濕度與光環(huán)境出現(xiàn)異常時(shí)，會(huì)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)生一起熱水流量計(jì)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，因此熱水流量計(jì)的參數(shù)出現(xiàn)了異常。事件發(fā)生后，工作人員及時(shí)收到了ControlLogix 系統(tǒng)的預(yù)警信息，并及時(shí)對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)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(jìn)了ControlLogix 系統(tǒng)，并將其應(yīng)用到了自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中。通過對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用前后各自控儀表運(yùn)行情況的觀察發(fā)現(xiàn)：1）系統(tǒng)應(yīng)用前：熱水流量計(jì)、液位計(jì)、濃度計(jì)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(fèi)的成本為17 萬元。2）系統(tǒng)應(yīng)用后：熱水流量計(jì)、液位計(jì)、濃度計(jì)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(hù)費(fèi)用降低到了3.9 萬元，對(duì)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(duì)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(guó)各行業(yè)儀表運(yùn)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(qiáng)了機(jī)械性能、優(yōu)化了儀表的運(yùn)行環(huán)境。未來，我國(guó)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(dá)到抗干擾的目的，使儀表的性能得以進(jìn)一步增強(qiáng)。