城市給排水流量計在自（zì）控儀表係統應用中（zhōng）的（de）防（fáng）幹擾策略
點擊次數：2040 發布時間：2021-09-06 07:09:35
目前在工業生產領域，自動化控製係（xì）統在大中型企業（yè）中的應用已逐漸（jiàn）普遍，在（zài）自（zì）動（dòng）化控製係中，通過（guò）各種城市給排水流量計（jì）等種流（liú）量、液位、濃度、溫度儀表（biǎo）可以實現對（duì）於生產過程中的各項指（zhǐ）標參數進行實時監測與控製，達到自動化生產（chǎn）的要求。因此，儀表的穩定性與可靠性是關係到整個自動化係統（tǒng）能否正常進行的關鍵性因素，如果儀表發生幹擾（rǎo）和（hé）故障，將導致監測與自動化控製係統的（de）失靈。筆者在工業自動化控製行業工作（zuò）多年，根據多年的實踐經驗，撰此（cǐ）文簡要介紹（shào）了城（chéng）市給排水流量計等自動化儀表的各種常見的不同類型特點，分析這些儀表的在受到幹擾（rǎo）時的各類表現。本文以某自（zì）動（dòng）化控製係統為例，對自控儀（yí）表在防幹擾方麵的實踐情況進（jìn）行總結，提出相（xiàng）應的防幹擾措施，供行業（yè）內（nèi）相關人（rén）員（yuán）借鑒。
近些年來，隨著社會生產自動化水（shuǐ）平的不斷提升，自動化控製儀表已被逐漸應用到了生產（chǎn）過（guò）程中。各（gè）項儀表的應用為工作人員了解機械運行狀態、壓（yā）力情況，以及（jí）生產環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（yí）表係統很容易被幹擾，進而導致儀表的顯示數（shù）值出現誤（wù）差。可見（jiàn），為進一步提高生產效率及安全性，有必要對儀表的防幹（gàn）擾問題進行研究。
1 自控儀表常見類型
1.1 城市給排水（shuǐ）流量計
城市給排水流量計為化工生產所應用的主要儀表類型，由磁路係（xì）統、測量導管、電*、轉換器等部分構（gòu）成。其中，磁路係統為儀表的核心部分（fèn）。該係統的作用在於產生磁場。通過測量導（dǎo）管內導電介（jiè）質流量的方式，對生產過程中電力係統運行（háng）情況進行觀（guān）察。以判斷電力係統（tǒng）的性能是否能夠穩定發揮。城市給排水流量（liàng）計（jì）使（shǐ）用過程中的常見幹擾以電磁幹擾為主[1]。除此之外，內部元件的質量以及（jí）接線情況，同樣會對其性（xìng）能產生影響。可見（jiàn），為提高生產效率及安全性，積*預防上述幹擾是關鍵。
1.2 液位計
液位計，屬於物位儀表的一種，包（bāo）括投入式、磁浮子式等多種。將（jiāng）其應用到化工生產行業，能夠有效明確液體的位置。隨著液體位置的變化，浮子會（huì）隨之發生變化。此時，液位的高度，既可清晰的體現在儀表當中（zhōng）。磁浮子式儀表，由液位傳感器（qì）及信號（hào）轉換器兩部分構成。當液體（tǐ）位置發生變化時，磁位傳感器可隨之對其（qí）位置進行測量[2]。並將（jiāng）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後，可立（lì）即將其（qí）轉換為可顯示的信號，並將其輸出，*終完成液（yè）位（wèi）監測的過程。
1.3 濃度（dù）計
根據測量原理的不同，可將濃度（dù）計（jì）分為旋轉式、動刀式、定刀式、電量（liàng）式等多（duō）種（zhǒng）。該儀表的功能，主要在於對（duì）液（yè）體中物質的濃度進行測量。HGY2058 型酸堿鹽濃（nóng）度計屬於在線監測濃度計的一種。儀器可與傳感器（qì）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（xìng）的介質的濃（nóng）度進行檢測。將該儀器應用到化工（gōng）生產行業中，能夠使工作人員及時的掌（zhǎng）握各項濃度指標。進而通過對指標的調整，提高化工生產質量及安全性。
2 自控儀表係統的幹擾表現
2.1 電磁（cí）幹擾
電磁幹擾，為城市給排水流量計（jì）、液位計，以及濃度計的常見幹擾類型（xíng）。鑒於上述儀器的功能，均需在（zài）電磁環境下發揮。因此一旦產生電（diàn）磁幹擾，儀器測量指標（biāo）的準確度必然會（huì）受到影響[3]。儀表運行過（guò）程中，電與磁可經電路與磁路對儀表產生幹擾。如儀表運行周圍環境存在強磁場，則測量儀表的電路與導線時，往往可（kě）見明顯的幹擾電壓。上述現象表明，儀表周（zhōu）圍的（de）電磁環境（jìng）已經對其運行（háng）的可靠性，及其（qí）參（cān）數顯（xiǎn）示的準確度造成了（le）影（yǐng）響。需立即給予解決，以防增（zēng）加化工生產的風險。
2.2 機（jī）械幹擾
化（huà）工生產的過程中，因機械幹擾所導致的儀（yí）表參數不準確的（de）問題（tí）時有發生。導致機械幹擾問題出現（xiàn）的原（yuán）因（yīn），與（yǔ）施工人員震動、敲打、衝擊等工作的執行有關。自控（kòng）儀表係統中，各項元件（jiàn），均具有*強的精密度及靈敏性。受外力衝擊後，*容易出現（xiàn）變形、錯位、連接線變動等情況。部分儀表的指針同樣會出現變（biàn）化。可（kě）見，提高儀表運行的穩定性及安全性，並在嚴格控製機械運行狀態的基（jī）礎上，采用相（xiàng）應係統，對其相（xiàng）應指標進行監測是關鍵。
2.3 環境（jìng）幹擾
儀表運行過程中，溫度（dù）與濕度的變化均會對其造成幹擾。化工生產行業城市給（gěi）排（pái）水流（liú）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（zài）於導電。而其導電能（néng）力，則（zé）與光的變化顯著相關（guān）。因此，如光的變化幅度過大，儀表（biǎo）的導電性能及其運行狀態，必然會受到影響。另外，因環境濕度過大所誘發的漏電與膨脹現象（xiàng），以（yǐ）及因環（huán）境溫度過高而誘發的電路器件參數的（de）變化，同（tóng）樣會對自（zì）控儀表係統（tǒng）造（zào）成幹擾。
3 自控儀表係統的防幹擾策略（luè）
3.1 ControlLogix係統的構成
將ControlLogix 係統應（yīng）用到自（zì）控儀表係統之中，能夠有效提（tí）高儀器的抗幹擾性能。該係統主要由Logix5560 處理器、ControlLogix I/O 模塊、ControlLogix 背板，以及電源等部分構成（chéng）。包括設備層、控製層、信息層三大層麵。其中，設備層的功能（néng），在於對“城市給排水流量計”、“液位計”以及“濃度計”的使用期限，及其故障情況進行管理。控製層（céng）的功能，在於具體（tǐ）實現（xiàn）對儀表運（yùn）行情況的優化控製。信息層的功能，則在於提取係統所生成的信（xìn）息，判斷儀表的運（yùn）行是否麵臨著被幹擾的風險。
3.2 防幹擾策略
（1）濾波方案
ControlLogix 係統（tǒng）可與濾波器相互連接，達到減（jiǎn）少自控儀表係統幹擾的目的。濾波器運行過程中（zhōng），能夠對經導線耦合到（dào）電路的幹擾進行實時的（de）抑製。當（dāng）儀表運行環境周圍信號以及（jí）噪聲頻率過高時。ControlLogix 係統可立即采集上述信息，並將存儲在數據庫中，對信息進行分析。分析完成（chéng）後的信息，會被傳輸給濾波（bō）器。此時，濾波器會立即被接入至傳輸通道中，發揮（huī）濾波的功效。*終達到減少（shǎo）衰減噪聲、提高信噪比的目的。使（shǐ）各項儀（yí）表運行過程中所麵（miàn）臨的幹擾問題得到解決，提高儀表參數的準確度。
（2）控製電源（yuán）
在化工生（shēng）產過程中，各項（xiàng）儀表因震動問（wèn）題而被幹擾難以有效避免。儀表被幹擾後，將幹擾控製在一（yī）定範圍內，是確保生產過程能（néng）夠繼續進行（háng）的關鍵（jiàn）。自控（kòng）儀表係統的電源配（pèi）置過程中，不同電源的異（yì）常自動（dòng）切斷電路，均可相互聯通。當某一儀（yí）表出現異常時（shí），該儀表無法被隔離（lí），幹擾則（zé）會隨之產生。為解決上述問題，可將ControlLogix 係統應（yīng）用到幹擾的抑製過程中。在此基礎上，對係統（tǒng）進行冗（rǒng）餘配置。當某一儀表發生機械幹擾後，ControlLogix 係統（tǒng）會（huì）立即發揮（huī）其（qí）冗餘功能，將該儀表切斷並進行隔離（lí），避免幹（gàn）擾的（de）影響範圍擴（kuò）大化。
（3）優化環境
ControlLogix 係統，可對城市給排水流量計（jì）等儀表的運行（háng）環境（jìng）進行監測，發現溫度、濕度與光環境出（chū）現異常時，會立（lì）即預（yù）警（jǐng），提醒有關人員給予處理。例如：本化工企業（yè）曾發生一起（qǐ）城市給排水流量計失靈事件。事件發生當日（rì），環境溫度較高。加之空氣（qì）濕度較大（dà），因（yīn）此城市給排水流（liú）量計的參數出現了異（yì）常。事件發生後，工作人員及時收到了ControlLogix 係統的預警信息，並及時對環境溫度進行了調整，使幹擾問題得到了解決（jué）。這（zhè）表明優化環境較（jiào）為重要。
3.3 防幹擾效果
本生產企業（yè）於2009 年初（chū）引（yǐn）進了（le）ControlLogix 係統，並將其應用到了自動化係統當中。通過（guò）對係統應用前後各自（zì）控儀表運行情況的（de）觀（guān）察發現：1）係統應用前：城市給排水（shuǐ）流量計、液（yè）位計、濃度計年均因被幹擾而發生（shēng）故障的次數每年20 多次，因維修儀表而花費的成本（běn）為17 萬元。2）係（xì）統應用後：城市給（gěi）排水流量計、液位計、濃度計年均（jun1）因被幹擾而發生故障的次數（shù），分別為2 次、0 次及1 次。幹擾發生後，工作（zuò）人員在（zài）ControlLogix 係統的預警指示下，立即排除了（le）幹擾源（yuán），並將幹擾維護費用（yòng）降（jiàng）低到了3.9 萬元，對比發現，ControlLogix 係統的應用，取得良好的效果。
4 結語
綜上所述，對自控儀表（biǎo）係統防幹（gàn）擾策略的（de）研究，為ControlLogix 係統（tǒng）的（de）普及應用，以及我國各行（háng）業儀表運行穩定性的提升（shēng），提（tí）供了重要的借鑒資料。且一定程度上減（jiǎn）少了電（diàn）磁幹擾、增強了機械性（xìng）能、優化了儀表（biǎo）的（de）運行（háng）環境。未來，我國各領域應視自控儀表及其常見幹擾的類型，通（tōng）過應用濾波技術（shù）、控製電源，以及優化環（huán）境等方式，達（dá）到抗幹擾的目的，使（shǐ）儀（yí）表的性能得以（yǐ）進一步增強（qiáng）。
近些年來，隨著社會生產自動化水（shuǐ）平的不斷提升，自動化控製儀表已被逐漸應用到了生產（chǎn）過（guò）程中。各（gè）項儀表的應用為工作人員了解機械運行狀態、壓（yā）力情況，以及（jí）生產環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（yí）表係統很容易被幹擾，進而導致儀表的顯示數（shù）值出現誤（wù）差。可見（jiàn），為進一步提高生產效率及安全性，有必要對儀表的防幹（gàn）擾問題進行研究。
1 自控儀表常見類型
1.1 城市給排水（shuǐ）流量計
城市給排水流量計為化工生產所應用的主要儀表類型，由磁路係（xì）統、測量導管、電*、轉換器等部分構（gòu）成。其中，磁路係統為儀表的核心部分（fèn）。該係統的作用在於產生磁場。通過測量導（dǎo）管內導電介（jiè）質流量的方式，對生產過程中電力係統運行（háng）情況進行觀（guān）察。以判斷電力係統（tǒng）的性能是否能夠穩定發揮。城市給排水流量（liàng）計（jì）使（shǐ）用過程中的常見幹擾以電磁幹擾為主[1]。除此之外，內部元件的質量以及（jí）接線情況，同樣會對其性（xìng）能產生影響。可見（jiàn），為提高生產效率及安全性，積*預防上述幹擾是關鍵。
1.2 液位計
液位計，屬於物位儀表的一種，包（bāo）括投入式、磁浮子式等多種。將（jiāng）其應用到化工生產行業，能夠有效明確液體的位置。隨著液體位置的變化，浮子會（huì）隨之發生變化。此時，液位的高度，既可清晰的體現在儀表當中（zhōng）。磁浮子式儀表，由液位傳感器（qì）及信號（hào）轉換器兩部分構成。當液體（tǐ）位置發生變化時，磁位傳感器可隨之對其（qí）位置進行測量[2]。並將（jiāng）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後，可立（lì）即將其（qí）轉換為可顯示的信號，並將其輸出，*終完成液（yè）位（wèi）監測的過程。
1.3 濃度（dù）計
根據測量原理的不同，可將濃度（dù）計（jì）分為旋轉式、動刀式、定刀式、電量（liàng）式等多（duō）種（zhǒng）。該儀表的功能，主要在於對（duì）液（yè）體中物質的濃度進行測量。HGY2058 型酸堿鹽濃（nóng）度計屬於在線監測濃度計的一種。儀器可與傳感器（qì）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（xìng）的介質的濃（nóng）度進行檢測。將該儀器應用到化工（gōng）生產行業中，能夠使工作人員及時的掌（zhǎng）握各項濃度指標。進而通過對指標的調整，提高化工生產質量及安全性。
2 自控儀表係統的幹擾表現
2.1 電磁（cí）幹擾
電磁幹擾，為城市給排水流量計（jì）、液位計，以及濃度計的常見幹擾類型（xíng）。鑒於上述儀器的功能，均需在（zài）電磁環境下發揮。因此一旦產生電（diàn）磁幹擾，儀器測量指標（biāo）的準確度必然會（huì）受到影響[3]。儀表運行過（guò）程中，電與磁可經電路與磁路對儀表產生幹擾。如儀表運行周圍環境存在強磁場，則測量儀表的電路與導線時，往往可（kě）見明顯的幹擾電壓。上述現象表明，儀表周（zhōu）圍的（de）電磁環境（jìng）已經對其運行（háng）的可靠性，及其（qí）參（cān）數顯（xiǎn）示的準確度造成了（le）影（yǐng）響。需立即給予解決，以防增（zēng）加化工生產的風險。
2.2 機（jī）械幹擾
化（huà）工生產的過程中，因機械幹擾所導致的儀（yí）表參數不準確的（de）問題（tí）時有發生。導致機械幹擾問題出現（xiàn）的原（yuán）因（yīn），與（yǔ）施工人員震動、敲打、衝擊等工作的執行有關。自控（kòng）儀表係統中，各項元件（jiàn），均具有*強的精密度及靈敏性。受外力衝擊後，*容易出現（xiàn）變形、錯位、連接線變動等情況。部分儀表的指針同樣會出現變（biàn）化。可（kě）見，提高儀表運行的穩定性及安全性，並在嚴格控製機械運行狀態的基（jī）礎上，采用相（xiàng）應係統，對其相（xiàng）應指標進行監測是關鍵。
2.3 環境（jìng）幹擾
儀表運行過程中，溫度（dù）與濕度的變化均會對其造成幹擾。化工生產行業城市給（gěi）排（pái）水流（liú）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（zài）於導電。而其導電能（néng）力，則（zé）與光的變化顯著相關（guān）。因此，如光的變化幅度過大，儀表（biǎo）的導電性能及其運行狀態，必然會受到影響。另外，因環境濕度過大所誘發的漏電與膨脹現象（xiàng），以（yǐ）及因環（huán）境溫度過高而誘發的電路器件參數的（de）變化，同（tóng）樣會對自（zì）控儀表係統（tǒng）造（zào）成幹擾。
3 自控儀表係統的防幹擾策略（luè）
3.1 ControlLogix係統的構成
將ControlLogix 係統應（yīng）用到自（zì）控儀表係統之中，能夠有效提（tí）高儀器的抗幹擾性能。該係統主要由Logix5560 處理器、ControlLogix I/O 模塊、ControlLogix 背板，以及電源等部分構成（chéng）。包括設備層、控製層、信息層三大層麵。其中，設備層的功能（néng），在於對“城市給排水流量計”、“液位計”以及“濃度計”的使用期限，及其故障情況進行管理。控製層（céng）的功能，在於具體（tǐ）實現（xiàn）對儀表運（yùn）行情況的優化控製。信息層的功能，則在於提取係統所生成的信（xìn）息，判斷儀表的運（yùn）行是否麵臨著被幹擾的風險。
3.2 防幹擾策略
（1）濾波方案
ControlLogix 係統（tǒng）可與濾波器相互連接，達到減（jiǎn）少自控儀表係統幹擾的目的。濾波器運行過程中（zhōng），能夠對經導線耦合到（dào）電路的幹擾進行實時的（de）抑製。當（dāng）儀表運行環境周圍信號以及（jí）噪聲頻率過高時。ControlLogix 係統可立即采集上述信息，並將存儲在數據庫中，對信息進行分析。分析完成（chéng）後的信息，會被傳輸給濾波（bō）器。此時，濾波器會立即被接入至傳輸通道中，發揮（huī）濾波的功效。*終達到減少（shǎo）衰減噪聲、提高信噪比的目的。使（shǐ）各項儀（yí）表運行過程中所麵（miàn）臨的幹擾問題得到解決，提高儀表參數的準確度。
（2）控製電源（yuán）
在化工生（shēng）產過程中，各項（xiàng）儀表因震動問（wèn）題而被幹擾難以有效避免。儀表被幹擾後，將幹擾控製在一（yī）定範圍內，是確保生產過程能（néng）夠繼續進行（háng）的關鍵（jiàn）。自控（kòng）儀表係統的電源配（pèi）置過程中，不同電源的異（yì）常自動（dòng）切斷電路，均可相互聯通。當某一儀（yí）表出現異常時（shí），該儀表無法被隔離（lí），幹擾則（zé）會隨之產生。為解決上述問題，可將ControlLogix 係統應（yīng）用到幹擾的抑製過程中。在此基礎上，對係統（tǒng）進行冗（rǒng）餘配置。當某一儀表發生機械幹擾後，ControlLogix 係統（tǒng）會（huì）立即發揮（huī）其（qí）冗餘功能，將該儀表切斷並進行隔離（lí），避免幹（gàn）擾的（de）影響範圍擴（kuò）大化。
（3）優化環境
ControlLogix 係統，可對城市給排水流量計（jì）等儀表的運行（háng）環境（jìng）進行監測，發現溫度、濕度與光環境出（chū）現異常時，會立（lì）即預（yù）警（jǐng），提醒有關人員給予處理。例如：本化工企業（yè）曾發生一起（qǐ）城市給排水流量計失靈事件。事件發生當日（rì），環境溫度較高。加之空氣（qì）濕度較大（dà），因（yīn）此城市給排水流（liú）量計的參數出現了異（yì）常。事件發生後，工作人員及時收到了ControlLogix 係統的預警信息，並及時對環境溫度進行了調整，使幹擾問題得到了解決（jué）。這（zhè）表明優化環境較（jiào）為重要。
3.3 防幹擾效果
本生產企業（yè）於2009 年初（chū）引（yǐn）進了（le）ControlLogix 係統，並將其應用到了自動化係統當中。通過（guò）對係統應用前後各自（zì）控儀表運行情況的（de）觀（guān）察發現：1）係統應用前：城市給排水（shuǐ）流量計、液（yè）位計、濃度計年均因被幹擾而發生（shēng）故障的次數每年20 多次，因維修儀表而花費的成本（běn）為17 萬元。2）係（xì）統應用後：城市給（gěi）排水流量計、液位計、濃度計年均（jun1）因被幹擾而發生故障的次數（shù），分別為2 次、0 次及1 次。幹擾發生後，工作（zuò）人員在（zài）ControlLogix 係統的預警指示下，立即排除了（le）幹擾源（yuán），並將幹擾維護費用（yòng）降（jiàng）低到了3.9 萬元，對比發現，ControlLogix 係統的應用，取得良好的效果。
4 結語
綜上所述，對自控儀表（biǎo）係統防幹（gàn）擾策略的（de）研究，為ControlLogix 係統（tǒng）的（de）普及應用，以及我國各行（háng）業儀表運行穩定性的提升（shēng），提（tí）供了重要的借鑒資料。且一定程度上減（jiǎn）少了電（diàn）磁幹擾、增強了機械性（xìng）能、優化了儀表（biǎo）的（de）運行（háng）環境。未來，我國各領域應視自控儀表及其常見幹擾的類型，通（tōng）過應用濾波技術（shù）、控製電源，以及優化環（huán）境等方式，達（dá）到抗幹擾的目的，使（shǐ）儀（yí）表的性能得以（yǐ）進一步增強（qiáng）。
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