目前在工業(yè)生產(chǎn)領域，自動化控制系統(tǒng)在大中型企業(yè)中的應用已逐漸普遍，在自動化控制系中，通過各種電磁流量計等種流量、液位、濃度、溫度儀表可以實現(xiàn)對于生產(chǎn)過程中的各項指標參數(shù)進行實時監(jiān)測與控制，達到自動化生產(chǎn)的要求。因此，儀表的穩(wěn)定性與可靠性是關系到整個自動化系統(tǒng)能否正常進行的關鍵性因素，如果儀表發(fā)生干擾和故障，將導致監(jiān)測與自動化控制系統(tǒng)的失靈。筆者在工業(yè)自動化控制行業(yè)工作多年，根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗，撰此文簡要介紹了電磁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干擾時的各類表現(xiàn)。本文以某自動化控制系統(tǒng)為例，對自控儀表在防干擾方面的實踐情況進行總結，提出相應的防干擾措施，供行業(yè)內(nèi)相關人員借鑒。
近些年來，隨著社會生產(chǎn)自動化水平的不斷提升，自動化控制儀表已被逐漸應用到了生產(chǎn)過程中。各項儀表的應用為工作人員了解機械運行狀態(tài)、壓力情況，以及生產(chǎn)環(huán)境情況提供了量化的指標。但受電磁波、機械運行以及運行溫度與濕度等因素的影響，自控儀表系統(tǒng)很容易被干擾，進而導致儀表的顯示數(shù)值出現(xiàn)誤差。可見，為進一步提高生產(chǎn)效率及安全性，有必要對儀表的防干擾問題進行研究。
1 自控儀表常見類型 1.1 電磁流量計
電磁流量計為化工生產(chǎn)所應用的主要儀表類型，由磁路系統(tǒng)、測量導管、電極、轉換器等部分構成。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。通過測量導管內(nèi)導電介質(zhì)流量的方式，對生產(chǎn)過程中電力系統(tǒng)運行情況進行觀察。以判斷電力系統(tǒng)的性能是否能夠穩(wěn)定發(fā)揮。電磁流量計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，同樣會對其性能產(chǎn)生影響?？梢姡瑸樘岣呱a(chǎn)效率及安全性，積極預防上述干擾是關鍵。
1.2 液位計
液位計，屬于物位儀表的一種，包括投入式、磁浮子式等多種。將其應用到化工生產(chǎn)行業(yè)，能夠有效明確液體的位置。隨著液體位置的變化，浮子會隨之發(fā)生變化。此時，液位的高度，既可清晰的體現(xiàn)在儀表當中。磁浮子式儀表，由液位傳感器及信號轉換器兩部分構成。當液體位置發(fā)生變化時，磁位傳感器可隨之對其位置進行測量[2]。并將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后，可立即將其轉換為可顯示的信號，并將其輸出，終完成液位監(jiān)測的過程。
1.3 濃度計
根據(jù)測量原理的不同，可將濃度計分為旋轉式、動刀式、定刀式、電量式等多種。該儀表的功能，主要在于對液體中物質(zhì)的濃度進行測量。HGY2058 型酸堿鹽濃度計屬于在線監(jiān)測濃度計的一種。儀器可與傳感器相連接，在不與被測介質(zhì)接觸的情況下，對具有強烈腐蝕性的介質(zhì)的濃度進行檢測。將該儀器應用到化工生產(chǎn)行業(yè)中，能夠使工作人員及時的掌握各項濃度指標。進而通過對指標的調(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，為電磁流量計、液位計，以及濃度計的常見干擾類型。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，儀器測量指標的準確度必然會受到影響[3]。儀表運行過程中，電與磁可經(jīng)電路與磁路對儀表產(chǎn)生干擾。如儀表運行周圍環(huán)境存在強磁場，則測量儀表的電路與導線時，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)對其運行的可靠性，及其參數(shù)顯示的準確度造成了影響。需立即給予解決，以防增加化工生產(chǎn)的風險。
2.2 機械干擾
化工生產(chǎn)的過程中，因機械干擾所導致的儀表參數(shù)不準確的問題時有發(fā)生。導致機械干擾問題出現(xiàn)的原因，與施工人員震動、敲打、沖擊等工作的執(zhí)行有關。自控儀表系統(tǒng)中，各項元件，均具有極強的精密度及靈敏性。受外力沖擊后，極容易出現(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(xiàn)變化?？梢姡岣邇x表運行的穩(wěn)定性及安全性，并在嚴格控制機械運行狀態(tài)的基礎上，采用相應系統(tǒng)，對其相應指標進行監(jiān)測是關鍵。
2.3 環(huán)境干擾
儀表運行過程中，溫度與濕度的變化均會對其造成干擾?；どa(chǎn)行業(yè)電磁流量計、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于導電。而其導電能力，則與光的變化顯著相關。因此，如光的變化幅度過大，儀表的導電性能及其運行狀態(tài)，必然會受到影響。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，同樣會對自控儀表系統(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)的構成
將ControlLogix 系統(tǒng)應用到自控儀表系統(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，以及電源等部分構成。包括設備層、控制層、信息層三大層面。其中，設備層的功能，在于對“電磁流量計”、“液位計”以及“濃度計”的使用期限，及其故障情況進行管理。控制層的功能，在于具體實現(xiàn)對儀表運行情況的優(yōu)化控制。信息層的功能，則在于提取系統(tǒng)所生成的信息，判斷儀表的運行是否面臨著被干擾的風險。
3.2 防干擾策略
?。?）濾波方案
ControlLogix 系統(tǒng)可與濾波器相互連接，達到減少自控儀表系統(tǒng)干擾的目的。濾波器運行過程中，能夠對經(jīng)導線耦合到電路的干擾進行實時的抑制。當儀表運行環(huán)境周圍信號以及噪聲頻率過高時。ControlLogix 系統(tǒng)可立即采集上述信息，并將存儲在數(shù)據(jù)庫中，對信息進行分析。分析完成后的信息，會被傳輸給濾波器。此時，濾波器會立即被接入至傳輸通道中，發(fā)揮濾波的功效。終達到減少衰減噪聲、提高信噪比的目的。使各項儀表運行過程中所面臨的干擾問題得到解決，提高儀表參數(shù)的準確度。
?。?）控制電源
在化工生產(chǎn)過程中，各項儀表因震動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)進行的關鍵。自控儀表系統(tǒng)的電源配置過程中，不同電源的異常自動切斷電路，均可相互聯(lián)通。當某一儀表出現(xiàn)異常時，該儀表無法被隔離，干擾則會隨之產(chǎn)生。為解決上述問題，可將ControlLogix 系統(tǒng)應用到干擾的抑制過程中。在此基礎上，對系統(tǒng)進行冗余配置。當某一儀表發(fā)生機械干擾后，ControlLogix 系統(tǒng)會立即發(fā)揮其冗余功能，將該儀表切斷并進行隔離，避免干擾的影響范圍擴大化。
（3）優(yōu)化環(huán)境
ControlLogix 系統(tǒng)，可對電磁流量計等儀表的運行環(huán)境進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)溫度、濕度與光環(huán)境出現(xiàn)異常時，會立即預警，提醒有關人員給予處理。例如：本化工企業(yè)曾發(fā)生一起電磁流量計失靈事件。事件發(fā)生當日，環(huán)境溫度較高。加之空氣濕度較大，因此電磁流量計的參數(shù)出現(xiàn)了異常。事件發(fā)生后，工作人員及時收到了ControlLogix 系統(tǒng)的預警信息，并及時對環(huán)境溫度進行了調(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 年初引進了ControlLogix 系統(tǒng)，并將其應用到了自動化系統(tǒng)當中。通過對系統(tǒng)應用前后各自控儀表運行情況的觀察發(fā)現(xiàn)：1）系統(tǒng)應用前：電磁流量計、液位計、濃度計年均因被干擾而發(fā)生故障的次數(shù)每年20 多次，因維修儀表而花費的成本為17 萬元。2）系統(tǒng)應用后：電磁流量計、液位計、濃度計年均因被干擾而發(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)的預警指示下，立即排除了干擾源，并將干擾維護費用降低到了3.9 萬元，對比發(fā)現(xiàn)，ControlLogix 系統(tǒng)的應用，取得良好的效果。
4 結語 綜上所述，對自控儀表系統(tǒng)防干擾策略的研究，為ControlLogix 系統(tǒng)的普及應用，以及我國各行業(yè)儀表運行穩(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、增強了機械性能、優(yōu)化了儀表的運行環(huán)境。未來，我國各領域應視自控儀表及其常見干擾的類型，通過應用濾波技術、控制電源，以及優(yōu)化環(huán)境等方式，達到抗干擾的目的，使儀表的性能得以進一步增強。
電磁流量計，大家應該都不陌生，但是看起來挺簡單的東西，一個頭一個圈，其實里面有很多的奧秘所在，也經(jīng)常會出現(xiàn)問題關！
今天我們就結合現(xiàn)場實例來分析分析遇到問題時該如何處理。
待測液體中含有氣泡
這算是一種常見現(xiàn)象，有外界吸入的也有內(nèi)部液體溶解所致，但電磁流量計是區(qū)分不出液體還是氣泡的，所以將其一并計算測量就會產(chǎn)生誤差。
解決方法：
1.不易安裝在管道的高點，更換安裝位置。
2.如安裝位置不易更換，可在流量計上游安裝集氣器，定期排氣。
待測液體非滿管
可以說，非滿管是含有氣泡的一種極端情況，既是管內(nèi)液體未滿，頂部又含有大量氣泡，如果液體還沒沒過電極，那測量結果就會大打折扣。這當屬工程設計之誤。
解決方法：
主要為正確安裝電磁流量計的安裝圖，牢記它準沒錯。
導電沉積層短路效應
由于導電物質(zhì)是逐漸沉積，流量信號出現(xiàn)短路現(xiàn)象。本類故障通常不會出現(xiàn)在調(diào)試期，而要運行一段時期后才顯露出來。
解決方法：
將流量計拆卸下來，清洗絕緣層，大部分都是出現(xiàn)黃銹，而這是電解液中大量氧化鐵沉積所致。凡是開始運行正常，隨著時間推移，流量顯示越來越小，就應分析有此類故障的可能性。
遇到結晶液體
在選型時，大家經(jīng)常會遇到介質(zhì)是容易結晶的物料。雖然大部分物料在正常溫度下能夠正常測量，并且導管具有伴熱保溫效果。
但是流量計內(nèi)部的傳感器測量管不含此功能，所以經(jīng)常性的流體流過測量管時因降溫而引起內(nèi)壁結上一層固體。
解決方法：
1.盡量選擇測量管小的流量計。
2.拆卸比較復雜，不建議選擇此種流量計。
液體電導率超過允許范圍
由于電極的輸出阻抗是由被測液體電導率和電極大小決定的，所以當電導率低于下限值時，儀器不能正常工作，示值出現(xiàn)晃動現(xiàn)象。
解決方法：根據(jù)上述問題，工廠更換鉭電極電磁流量計后工作正常
1.選用其它滿足要求的低電導率電磁流量計，如電容式電磁流量計
2.選用其它原理流量計，如孔板等
空間電磁波干擾
一般來說，如果傳感器與轉換器間的電纜較長且周圍有強電磁干擾，則電纜可能引入干擾信號，形成共模干擾，造成顯示失真、非線性或大幅晃動。
解決方法：
1.盡量遠離強磁場（如大電機、大變壓器和電力電纜附近）。
2.盡量縮短電纜長度，采用屏蔽措施。
待測流體非對稱流動
正常情況下，要求流體在管道內(nèi)流速為軸對稱分布，磁場均勻。而實際上常會出現(xiàn)非軸對稱流速分布，當出現(xiàn)旋渦流時，對輸出會產(chǎn)生影響從而產(chǎn)生誤差。
解決方法
1.上游有足夠的直管段，以保證流速按同心圓分布。
2.流量計內(nèi)徑應與上下游一定范圍內(nèi)的管道內(nèi)徑相同，否則會使流速分布不均勻。
3.如果上游直管段不足，可安裝流量調(diào)節(jié)器，這樣只能作部分補償。
安裝點震動問題
電磁流量計對于安裝點的振動有嚴格的要求，必須安裝在振動小的地方，否則一定會產(chǎn)生誤差。
電磁流量計日常維護及常見故障的解決方法： 電磁流量計運行中產(chǎn)生故障的第一類為儀表本身故障，即儀表結構件或元器件損壞引起的故障；第二類為外界原因引起的故障，如安裝不妥流動畸變，沉積和結垢等。本章重點討論的是應用方面和上述第二類外界原因的故障。按照故障發(fā)生時期分類，可分為：①調(diào)試期故障；②運行期故障。調(diào)試期故障出現(xiàn)在新裝用后調(diào)試初期，主要原因是儀表選用或設定不當，安裝不妥等。運行期故障足在運行一段時期后出現(xiàn)，主要原因有流體中雜質(zhì)附著電極襯里，環(huán)境條件變化出現(xiàn)新干擾源等。按故障外界源頭分析來自3個方面：①管道系統(tǒng)和安裝等方面引起的；②環(huán)境方面引起的；③流體方面引起的。來源①主要在調(diào)試期表現(xiàn)出來；來源②和③則在調(diào)試期和運行期均會出現(xiàn)。 一、調(diào)試期故障 本類故障在電磁流量計初始裝用調(diào)試時就出現(xiàn)，但一經(jīng)改進排除故障，以后在相同條件下一般就不會再度出現(xiàn)。常見調(diào)試期故障主要有安裝不妥、環(huán)境干擾、流體特性影響三方面原因。 1、管道系統(tǒng)和安裝等方面 通常是電磁流量傳感器安裝位置不正確引起的故障，常見的例如將流量傳感器安裝在易積聚潴留氣體的管網(wǎng)高點；流量傳感器后無背壓，液體逕直排人大氣，形成其測量管內(nèi)非滿管；裝在自上向下流的垂直管道上，可能出現(xiàn)排空等。 2、環(huán)境方面 主要是管道雜散電流干擾，空間電磁波干擾，大電機磁場干擾等。管道雜散電流干擾通常采取良好單獨接地保護可獲得滿意測量，但如遇管道有強雜散電流（如電解車間管道）亦不一定能克服，須采取流量傳感器與管道緣絕的措施（參見下文案例12）。空間電磁波干擾-般經(jīng)信號電纜弓I入，通常采用單層或多層屏蔽予以保護，但也曾遇到屏蔽保護還不能克服（見案例10）。 3、流體方面 液體含有均勻分布細小氣泡通常不影響正常測量，唯所測得體積流量是液體和氣體兩者之和；氣泡增大會使輸出信號波動，若氣泡大到流過電極遮蓋整個電極表面，使電極信號回路瞬時斷開，輸出信號將產(chǎn)生更大波動。低頻（50／16 Hz-50／6 Hz）矩形波激磁電磁流量計測量液體中含有固體超過一定含量時將產(chǎn)生漿液噪聲，輸出信號亦會有一定程度波動。兩種或兩種以上液體作管道混合工藝時，若兩種液體電導率（或各自與電極間電位）有差異，在混合未均勻前即進入流量傳感器進行流量測量，輸出信號亦會產(chǎn)生波動。電極材質(zhì)與被測介質(zhì)選配不善，產(chǎn)生鈍化或氧化等化學作用，電極表面形成絕緣膜，以及電化學和極化現(xiàn)象等，均會妨礙正常測量。 二、運行期故障 經(jīng)初期調(diào)試并正常運行一段時期后在運行期間出現(xiàn)的故障，常見故障原因有：流量傳感器內(nèi)壁附著層，雷電擊，環(huán)境條件變化。 1、內(nèi)壁附著層 由于電磁流量計測量含有懸浮固相或污臟體的機會遠比其他流量儀表多，出現(xiàn)內(nèi)壁附著層產(chǎn)生的故障概率也就相對較高。若附著層電導率與液體電導率相近，儀表還能正常輸出信號，只是改變流通面積，形成測量誤差的隱性故障；若是高電導率附著層，電極間電動勢將被短路；若是絕緣性附著層，電極表面被絕緣而斷開測量電路。后兩種現(xiàn)象均會使儀表無法工作。 2、雷電擊 雷電擊在線路中感應瞬時高電壓和浪涌電流，進入儀表就會損壞儀表。雷電擊損儀表有3條引入途徑：電源線，傳感器勺轉換器間的流量信號線和激磁線。然而從雷電故障中損壞零部件的分析，引起故障的感應高電壓和浪涌電流大部分足從控制室電源線路引入的，其他兩條途徑較少。還從發(fā)生雷擊事故現(xiàn)場了解到，不僅電磁流量計出現(xiàn)故障，控制室中其他儀表電常常同時出現(xiàn)雷擊事故。因此使用單位要認識設置控制室儀表電源線防雷設施的重要性。 3、環(huán)境條件變化 主要原因同上節(jié)調(diào)試期故障環(huán)境方面，只是干擾源不在調(diào)試期出現(xiàn)而在運行期間再介入的。例如一臺接地保護并不理想的電磁流量計，調(diào)試期因無干擾源，儀表運行正常，然而在運行期出現(xiàn)新干擾源（例如測量點附近管道或較遠處實施管道電焊）干擾儀表正常運行，出現(xiàn)輸出信號大幅度波動。
449717568