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电磁流量计在自控仪表系统应用中的防干扰策略
发表时间：2018-10-30 点击次数：728 技术支持：1560-1403-222
本文前言
目前在工业生产领域，自动化控制系统在大中型企业中的应用已逐渐普遍，在自动化控制系中，通过各种电磁流量计等种流量、液位、浓度、温度仪表可以实现对于生产过程中的各项指标参数进行实时监测与控制，达到自动化生产的要求。因此，仪表的稳定性与可靠性是关系到整个自动化系统能否正常进行的关键性因素，如果仪表发生干扰和故障，将导致监测与自动化控制系统的失灵。笔者在工业自动化控制行业工作多年，根据多年的实践经验，撰此文简要介绍了电磁流量计等自动化仪表的各种常见的不同类型特点，分析这些仪表的在受到干扰时的各类表现。本文以某自动化控制系统为例，对自控仪表在防干扰方面的实践情况进行总结，提出相应的防干扰措施，供行业内相关人员借鉴。
近些年来，随着社会生产自动化水平的不断提升，自动化控制仪表已被逐渐应用到了生产过程中。各项仪表的应用为工作人员了解机械运行状态、压力情况，以及生产环境情况提供了量化的指标。但受电磁波、机械运行以及运行温度与湿度等因素的影响，自控仪表系统很容易被干扰，进而导致仪表的显示数值出现误差。可见，为进一步提高生产效率及安全性，有必要对仪表的防干扰问题进行研究。
1 自控仪表常见类型
1.1 电磁流量计
电磁流量计为化工生产所应用的主要仪表类型，由磁路系统、测量导管、电极、转换器等部分构成。其中，磁路系统为仪表的核心部分。该系统的作用在于产生磁场。通过测量导管内导电介质流量的方式，对生产过程中电力系统运行情况进行观察。以判断电力系统的性能是否能够稳定发挥。电磁流量计使用过程中的常见干扰以电磁干扰为主[1]。除此之外，内部元件的质量以及接线情况，同样会对其性能产生影响。可见，为提高生产效率及安全性，积极预防上述干扰是关键。
1.2 液位计
液位计，属于物位仪表的一种，包括投入式、磁浮子式等多种。将其应用到化工生产行业，能够有效明确液体的位置。随着液体位置的变化，浮子会随之发生变化。此时，液位的高度，既可清晰的体现在仪表当中。磁浮子式仪表，由液位传感器及信号转换器两部分构成。当液体位置发生变化时，磁位传感器可随之对其位置进行测量[2]。并将测量所得到的信息传输至信号转换器当中。信号转换器接收到信号后，可立即将其转换为可显示的信号，并将其输出，终完成液位监测的过程。
1.3 浓度计
根据测量原理的不同，可将浓度计分为旋转式、动刀式、定刀式、电量式等多种。该仪表的功能，主要在于对液体中物质的浓度进行测量。HGY2058 型酸碱盐浓度计属于在线监测浓度计的一种。仪器可与传感器相连接，在不与被测介质接触的情况下，对具有强烈腐蚀性的介质的浓度进行检测。将该仪器应用到化工生产行业中，能够使工作人员及时的掌握各项浓度指标。进而通过对指标的调整，提高化工生产质量及安全性。
2 自控仪表系统的干扰表现
2.1 电磁干扰
电磁干扰，为电磁流量计、液位计，以及浓度计的常见干扰类型。鉴于上述仪器的功能，均需在电磁环境下发挥。因此一旦产生电磁干扰，仪器测量指标的准确度必然会受到影响[3]。仪表运行过程中，电与磁可经电路与磁路对仪表产生干扰。如仪表运行周围环境存在强磁场，则测量仪表的电路与导线时，往往可见明显的干扰电压。上述现象表明，仪表周围的电磁环境已经对其运行的可靠性，及其参数显示的准确度造成了影响。需立即给予解决，以防增加化工生产的风险。
2.2 机械干扰
化工生产的过程中，因机械干扰所导致的仪表参数不准确的问题时有发生。导致机械干扰问题出现的原因，与施工人员震动、敲打、冲击等工作的执行有关。自控仪表系统中，各项元件，均具有极强的精密度及灵敏性。受外力冲击后，极容易出现变形、错位、连接线变动等情况。部分仪表的指针同样会出现变化。可见，提高仪表运行的稳定性及安全性，并在严格控制机械运行状态的基础上，采用相应系统，对其相应指标进行监测是关键。
2.3 环境干扰
仪表运行过程中，温度与湿度的变化均会对其造成干扰。化工生产行业电磁流量计、液位仪及浓度计中，均含有大量的半导体。半导体的功能主要在于导电。而其导电能力，则与光的变化显著相关。因此，如光的变化幅度过大，仪表的导电性能及其运行状态，必然会受到影响。另外，因环境湿度过大所诱发的漏电与膨胀现象，以及因环境温度过高而诱发的电路器件参数的变化，同样会对自控仪表系统造成干扰。
3 自控仪表系统的防干扰策略
3.1 ControlLogix系统的构成
将ControlLogix 系统应用到自控仪表系统之中，能够有效提高仪器的抗干扰性能。该系统主要由Logix5560 处理器、ControlLogix I/O 模块、ControlLogix 背板，以及电源等部分构成。包括设备层、控制层、信息层三大层面。其中，设备层的功能，在于对“电磁流量计”、“液位计”以及“浓度计”的使用期限，及其故障情况进行管理。控制层的功能，在于具体实现对仪表运行情况的优化控制。信息层的功能，则在于提取系统所生成的信息，判断仪表的运行是否面临着被干扰的风险。
3.2 防干扰策略
（1）滤波方案
ControlLogix 系统可与滤波器相互连接，达到减少自控仪表系统干扰的目的。滤波器运行过程中，能够对经导线耦合到电路的干扰进行实时的抑制。当仪表运行环境周围信号以及噪声频率过高时。ControlLogix 系统可立即采集上述信息，并将存储在数据库中，对信息进行分析。分析完成后的信息，会被传输给滤波器。此时，滤波器会立即被接入至传输通道中，发挥滤波的功效。终达到减少衰减噪声、提高信噪比的目的。使各项仪表运行过程中所面临的干扰问题得到解决，提高仪表参数的准确度。
（2）控制电源
在化工生产过程中，各项仪表因震动问题而被干扰难以有效避免。仪表被干扰后，将干扰控制在一定范围内，是确保生产过程能够继续进行的关键。自控仪表系统的电源配置过程中，不同电源的异常自动切断电路，均可相互联通。当某一仪表出现异常时，该仪表无法被隔离，干扰则会随之产生。为解决上述问题，可将ControlLogix 系统应用到干扰的抑制过程中。在此基础上，对系统进行冗余配置。当某一仪表发生机械干扰后，ControlLogix 系统会立即发挥其冗余功能，将该仪表切断并进行隔离，避免干扰的影响范围扩大化。
（3）优化环境
ControlLogix 系统，可对电磁流量计等仪表的运行环境进行监测，发现温度、湿度与光环境出现异常时，会立即预警，提醒有关人员给予处理。例如：本化工企业曾发生一起电磁流量计失灵事件。事件发生当日，环境温度较高。加之空气湿度较大，因此电磁流量计的参数出现了异常。事件发生后，工作人员及时收到了ControlLogix 系统的预警信息，并及时对环境温度进行了调整，使干扰问题得到了解决。这表明优化环境较为重要。
3.3 防干扰效果
本生产企业于2009 年初引进了ControlLogix 系统，并将其应用到了自动化系统当中。通过对系统应用前后各自控仪表运行情况的观察发现：1）系统应用前：电磁流量计、液位计、浓度计年均因被干扰而发生故障的次数每年20 多次，因维修仪表而花费的成本为17 万元。2）系统应用后：电磁流量计、液位计、浓度计年均因被干扰而发生故障的次数，分别为2 次、0 次及1 次。干扰发生后，工作人员在ControlLogix 系统的预警指示下，立即排除了干扰源，并将干扰维护费用降低到了3.9 万元，对比发现，ControlLogix 系统的应用，取得良好的效果。
4 结语
综上所述，对自控仪表系统防干扰策略的研究，为ControlLogix 系统的普及应用，以及我国各行业仪表运行稳定性的提升，提供了重要的借鉴资料。且一定程度上减少了电磁干扰、增强了机械性能、优化了仪表的运行环境。未来，我国各领域应视自控仪表及其常见干扰的类型，通过应用滤波技术、控制电源，以及优化环境等方式，达到抗干扰的目的，使仪表的性能得以进一步增强。
目前在工业生产领域，自动化控制系统在大中型企业中的应用已逐渐普遍，在自动化控制系中，通过各种电磁流量计等种流量、液位、浓度、温度仪表可以实现对于生产过程中的各项指标参数进行实时监测与控制，达到自动化生产的要求。因此，仪表的稳定性与可靠性是关系到整个自动化系统能否正常进行的关键性因素，如果仪表发生干扰和故障，将导致监测与自动化控制系统的失灵。笔者在工业自动化控制行业工作多年，根据多年的实践经验，撰此文简要介绍了电磁流量计等自动化仪表的各种常见的不同类型特点，分析这些仪表的在受到干扰时的各类表现。本文以某自动化控制系统为例，对自控仪表在防干扰方面的实践情况进行总结，提出相应的防干扰措施，供行业内相关人员借鉴。
近些年来，随着社会生产自动化水平的不断提升，自动化控制仪表已被逐渐应用到了生产过程中。各项仪表的应用为工作人员了解机械运行状态、压力情况，以及生产环境情况提供了量化的指标。但受电磁波、机械运行以及运行温度与湿度等因素的影响，自控仪表系统很容易被干扰，进而导致仪表的显示数值出现误差。可见，为进一步提高生产效率及安全性，有必要对仪表的防干扰问题进行研究。
1 自控仪表常见类型
1.1 电磁流量计
电磁流量计为化工生产所应用的主要仪表类型，由磁路系统、测量导管、电极、转换器等部分构成。其中，磁路系统为仪表的核心部分。该系统的作用在于产生磁场。通过测量导管内导电介质流量的方式，对生产过程中电力系统运行情况进行观察。以判断电力系统的性能是否能够稳定发挥。电磁流量计使用过程中的常见干扰以电磁干扰为主[1]。除此之外，内部元件的质量以及接线情况，同样会对其性能产生影响。可见，为提高生产效率及安全性，积极预防上述干扰是关键。
1.2 液位计
液位计，属于物位仪表的一种，包括投入式、磁浮子式等多种。将其应用到化工生产行业，能够有效明确液体的位置。随着液体位置的变化，浮子会随之发生变化。此时，液位的高度，既可清晰的体现在仪表当中。磁浮子式仪表，由液位传感器及信号转换器两部分构成。当液体位置发生变化时，磁位传感器可随之对其位置进行测量[2]。并将测量所得到的信息传输至信号转换器当中。信号转换器接收到信号后，可立即将其转换为可显示的信号，并将其输出，终完成液位监测的过程。
1.3 浓度计
根据测量原理的不同，可将浓度计分为旋转式、动刀式、定刀式、电量式等多种。该仪表的功能，主要在于对液体中物质的浓度进行测量。HGY2058 型酸碱盐浓度计属于在线监测浓度计的一种。仪器可与传感器相连接，在不与被测介质接触的情况下，对具有强烈腐蚀性的介质的浓度进行检测。将该仪器应用到化工生产行业中，能够使工作人员及时的掌握各项浓度指标。进而通过对指标的调整，提高化工生产质量及安全性。
2 自控仪表系统的干扰表现
2.1 电磁干扰
电磁干扰，为电磁流量计、液位计，以及浓度计的常见干扰类型。鉴于上述仪器的功能，均需在电磁环境下发挥。因此一旦产生电磁干扰，仪器测量指标的准确度必然会受到影响[3]。仪表运行过程中，电与磁可经电路与磁路对仪表产生干扰。如仪表运行周围环境存在强磁场，则测量仪表的电路与导线时，往往可见明显的干扰电压。上述现象表明，仪表周围的电磁环境已经对其运行的可靠性，及其参数显示的准确度造成了影响。需立即给予解决，以防增加化工生产的风险。
2.2 机械干扰
化工生产的过程中，因机械干扰所导致的仪表参数不准确的问题时有发生。导致机械干扰问题出现的原因，与施工人员震动、敲打、冲击等工作的执行有关。自控仪表系统中，各项元件，均具有极强的精密度及灵敏性。受外力冲击后，极容易出现变形、错位、连接线变动等情况。部分仪表的指针同样会出现变化。可见，提高仪表运行的稳定性及安全性，并在严格控制机械运行状态的基础上，采用相应系统，对其相应指标进行监测是关键。
2.3 环境干扰
仪表运行过程中，温度与湿度的变化均会对其造成干扰。化工生产行业电磁流量计、液位仪及浓度计中，均含有大量的半导体。半导体的功能主要在于导电。而其导电能力，则与光的变化显著相关。因此，如光的变化幅度过大，仪表的导电性能及其运行状态，必然会受到影响。另外，因环境湿度过大所诱发的漏电与膨胀现象，以及因环境温度过高而诱发的电路器件参数的变化，同样会对自控仪表系统造成干扰。
3 自控仪表系统的防干扰策略
3.1 ControlLogix系统的构成
将ControlLogix 系统应用到自控仪表系统之中，能够有效提高仪器的抗干扰性能。该系统主要由Logix5560 处理器、ControlLogix I/O 模块、ControlLogix 背板，以及电源等部分构成。包括设备层、控制层、信息层三大层面。其中，设备层的功能，在于对“电磁流量计”、“液位计”以及“浓度计”的使用期限，及其故障情况进行管理。控制层的功能，在于具体实现对仪表运行情况的优化控制。信息层的功能，则在于提取系统所生成的信息，判断仪表的运行是否面临着被干扰的风险。
3.2 防干扰策略
（1）滤波方案
ControlLogix 系统可与滤波器相互连接，达到减少自控仪表系统干扰的目的。滤波器运行过程中，能够对经导线耦合到电路的干扰进行实时的抑制。当仪表运行环境周围信号以及噪声频率过高时。ControlLogix 系统可立即采集上述信息，并将存储在数据库中，对信息进行分析。分析完成后的信息，会被传输给滤波器。此时，滤波器会立即被接入至传输通道中，发挥滤波的功效。终达到减少衰减噪声、提高信噪比的目的。使各项仪表运行过程中所面临的干扰问题得到解决，提高仪表参数的准确度。
（2）控制电源
在化工生产过程中，各项仪表因震动问题而被干扰难以有效避免。仪表被干扰后，将干扰控制在一定范围内，是确保生产过程能够继续进行的关键。自控仪表系统的电源配置过程中，不同电源的异常自动切断电路，均可相互联通。当某一仪表出现异常时，该仪表无法被隔离，干扰则会随之产生。为解决上述问题，可将ControlLogix 系统应用到干扰的抑制过程中。在此基础上，对系统进行冗余配置。当某一仪表发生机械干扰后，ControlLogix 系统会立即发挥其冗余功能，将该仪表切断并进行隔离，避免干扰的影响范围扩大化。
（3）优化环境
ControlLogix 系统，可对电磁流量计等仪表的运行环境进行监测，发现温度、湿度与光环境出现异常时，会立即预警，提醒有关人员给予处理。例如：本化工企业曾发生一起电磁流量计失灵事件。事件发生当日，环境温度较高。加之空气湿度较大，因此电磁流量计的参数出现了异常。事件发生后，工作人员及时收到了ControlLogix 系统的预警信息，并及时对环境温度进行了调整，使干扰问题得到了解决。这表明优化环境较为重要。
3.3 防干扰效果
本生产企业于2009 年初引进了ControlLogix 系统，并将其应用到了自动化系统当中。通过对系统应用前后各自控仪表运行情况的观察发现：1）系统应用前：电磁流量计、液位计、浓度计年均因被干扰而发生故障的次数每年20 多次，因维修仪表而花费的成本为17 万元。2）系统应用后：电磁流量计、液位计、浓度计年均因被干扰而发生故障的次数，分别为2 次、0 次及1 次。干扰发生后，工作人员在ControlLogix 系统的预警指示下，立即排除了干扰源，并将干扰维护费用降低到了3.9 万元，对比发现，ControlLogix 系统的应用，取得良好的效果。
4 结语
综上所述，对自控仪表系统防干扰策略的研究，为ControlLogix 系统的普及应用，以及我国各行业仪表运行稳定性的提升，提供了重要的借鉴资料。且一定程度上减少了电磁干扰、增强了机械性能、优化了仪表的运行环境。未来，我国各领域应视自控仪表及其常见干扰的类型，通过应用滤波技术、控制电源，以及优化环境等方式，达到抗干扰的目的，使仪表的性能得以进一步增强。
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