轉(zhuǎn)油站電子自動化控制接地抗干擾技術(shù)*

王曉娟 馬曉波 龔乃建 內(nèi)蒙古電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

轉(zhuǎn)油站電子自動化控制接地抗干擾技術(shù)*

王曉娟 馬曉波 龔乃建 內(nèi)蒙古電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

為避免生產(chǎn)過程中多種干擾因素，在油田電子自動化控制裝置中添加了抗干擾抑制技術(shù)。系統(tǒng)通過電容、電感等變化的數(shù)據(jù)信息來傳遞計算機數(shù)字化信號，將這種變化的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為傳輸?shù)囊种撇ㄐ?。通過接地技術(shù)，可以給電路系統(tǒng)中的全部單元電路提供一個公共參考的零電位，從而滿足電路系統(tǒng)的持續(xù)工作；此外，通過機殼接地的方式，可以讓由靜電感應(yīng)而產(chǎn)生在機殼上的大量電荷得到釋放，避免了集中化電荷形成高壓電。轉(zhuǎn)油站為了避免緊急事故的發(fā)生，專門配備了專業(yè)的緊急切斷ESD系統(tǒng)，負責(zé)時刻監(jiān)控工作流程的安全性。

電子自動化；控制系統(tǒng)；接地抗干擾；靜電屏蔽；電磁屏蔽

1 自動化控制裝置干擾因素

（1）電子靜電干擾。靜電干擾指的是電子自動化控制系統(tǒng)中的電子元器件（如電容元件、電感元件等）在控制系統(tǒng)通電運行情況下，各種復(fù)雜控制電路中電容、電感線圈耦合引起整個控制電路回路中電壓變化，從而對控制系統(tǒng)控制功能發(fā)揮起到干擾的一種電磁干擾現(xiàn)象。目前石油工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，電子自動化控制系統(tǒng)中受到來自于電動機、發(fā)電機線圈繞組、各種變壓器鐵芯、磁性材料、繼電磁控制開關(guān)等因素影響，在通電運行過程中就會產(chǎn)生多種動態(tài)變化的感應(yīng)電動勢，進而影響整個控制電路局部電壓、電流變化，對智能計算機控制終端發(fā)出的各種指令信號產(chǎn)生干擾作用。

（2）線圈繞組磁場耦合干擾。石油開采現(xiàn)場應(yīng)用的大型發(fā)電機、電動機、變壓器中存在的線圈繞組產(chǎn)生磁場耦合是一種自發(fā)感應(yīng)式干擾模式，產(chǎn)生該現(xiàn)象原因主要是電子控制電路導(dǎo)線中局部流過高強度電流時，會在其周圍產(chǎn)生動態(tài)變化的感應(yīng)電磁場，動態(tài)變化電場會向周圍輻射電磁波[1]。目前，石油工業(yè)中較為普遍的電磁輻射干擾情況可以分為以下幾種：強電流導(dǎo)致電磁輻射、電磁式觸點電子開關(guān)通電瞬間產(chǎn)生電火花光波輻射干擾等，這些干擾信號很容易與控制電路中傳輸?shù)目刂菩盘栯姶挪ㄏ嗷セ旌?，?dǎo)致控制裝置控制信號不能被設(shè)備有效執(zhí)行。

（3）電路共模干擾因素。油田電子自動化控制系統(tǒng)中控制電路與智能終端設(shè)備之間大多采用發(fā)動器控制電路來完成控制信號的高效傳輸。油田自動化控制系統(tǒng)工作環(huán)境非常惡劣，多數(shù)重型機械設(shè)備工作過程中都會產(chǎn)生輻射電波?？刂齐娐分性邮盏礁猩艅觿菖c電動勢時，會在雙向輸出電路中產(chǎn)生兩個完全相同的干擾信號，使控制系統(tǒng)計算機分辨不出信號中是否存在干擾信號，造成油田電子自動化控制系統(tǒng)在信號傳輸過程中信號失真或者受損，影響智能控制系統(tǒng)的運行效果。

（4）阻抗干擾因素。轉(zhuǎn)油站自動化電子控制系統(tǒng)電路中存在較多電容與電感元件，由于功能需要，電阻與電感往往會與局部電子回路中的公用傳輸導(dǎo)線相連接，因此當(dāng)控制系統(tǒng)通電運行后電流流過某一局部回路公用傳輸導(dǎo)線時，因?qū)Ь€上存在電阻、電感就會造成壓降。公用導(dǎo)線上產(chǎn)生的阻抗壓降也會影響到其他控制回路，從而形成共阻抗干擾。共阻抗干擾現(xiàn)象會使控制電路中電流、電壓產(chǎn)生瞬間變化，并且該現(xiàn)象在高頻電流區(qū)更加明顯。

（5）漏電耦合及電網(wǎng)干擾因素分析。自動化電子控制系統(tǒng)中存在的漏電耦合干擾原因是控制裝置的內(nèi)部控制電路或者其與外部信號傳輸線的交接處進行了絕緣化處理。由于控制電路中復(fù)雜的電磁變化影響使絕緣體之間依然存在感應(yīng)電磁關(guān)系，從而使控制系統(tǒng)內(nèi)部存在所謂的漏電現(xiàn)象，造成電能大量浪費的同時形成漏電耦合干擾現(xiàn)象，影響系統(tǒng)功能發(fā)揮。

2 抗干擾抑制措施

為避免生產(chǎn)過程中多種干擾因素，在油田電子自動化控制裝置中添加了抗干擾抑制技術(shù)。系統(tǒng)通過電容、電感等變化的數(shù)據(jù)信息來傳遞計算機數(shù)字化信號，將這種變化的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為傳輸?shù)囊种撇ㄐ巍?/p>

（1）靜電屏蔽抑制靜電干擾。轉(zhuǎn)油站電子自動化控制系統(tǒng)中針對普遍存在的靜電干擾現(xiàn)象，所采取的抑制措施主要是利用靜電屏蔽的方式將干擾信號逐漸弱化甚至消除。靜電屏蔽技術(shù)原理是：處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部電勢處處相等，導(dǎo)體內(nèi)部不存在電場，采用將導(dǎo)電裝置用保護導(dǎo)線接地處理的方式使控制設(shè)備與相對應(yīng)的干擾源靜電屏蔽[2]。

（2）電磁屏蔽抑制線圈繞組磁場耦合干擾。轉(zhuǎn)油站自動化電子控制系統(tǒng)與設(shè)備工作環(huán)境非常惡劣，電動機、變壓器等設(shè)備往往會產(chǎn)生較強的感生電磁場，并向周圍輻射電磁波，從而對控制系統(tǒng)中的控制信號傳輸電路產(chǎn)生較強干擾。電磁屏蔽抑制線圈繞組磁場耦合干擾原理與靜電屏蔽原理相似，通常是采用導(dǎo)磁率較高的材料接入自動化控制系統(tǒng)中，屏蔽體能夠吸收周圍環(huán)境中游離電磁波干擾信號，有效抑制干擾信號。

（3）電磁屏蔽抑制電磁輻射干擾。電磁輻射干擾信號產(chǎn)生主要原因是高頻率的電流感生出的瞬變電磁場，對油田生產(chǎn)信號產(chǎn)生巨大的干擾。轉(zhuǎn)油站自動化控制系統(tǒng)抑制電磁干擾技術(shù)原理是：利用鋁、銅及合金在電阻率很低的金屬材料上制成網(wǎng)狀導(dǎo)線屏蔽層，當(dāng)外部產(chǎn)生高強電磁場時，就會在網(wǎng)狀屏蔽層內(nèi)產(chǎn)生電磁渦流。渦流的產(chǎn)生能夠有效降低干擾電磁波信號的強度，甚至可消除內(nèi)外部感生電磁場對自動化控制系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象。

（4）抑制阻抗干擾。共阻抗干擾在轉(zhuǎn)油站自動化電子控制系統(tǒng)中較為常見，控制電路的局部電子回路中的公用導(dǎo)線上會產(chǎn)生共阻抗干擾，主要分為電源共阻抗與公用導(dǎo)線共阻抗干擾兩種方式。抑制電源共阻抗干擾可提高電源有效輸出功率并降低電源系統(tǒng)存在的內(nèi)阻抗，例如采用截面積較大、長度較短的電源線與接地線，可抑制共阻抗干擾。

3 接地抗干擾技術(shù)

在油田鉆井環(huán)節(jié)，接地抗干擾技術(shù)主要解決兩方面的問題：①避免地環(huán)電流干擾；②減少公用地線阻礙的干擾。通過接地技術(shù)，可以給電路系統(tǒng)中的全部單元電路提供一個公共參考的零電位，從而滿足電路系統(tǒng)的持續(xù)工作；此外，通過機殼接地的方式，可以讓由靜電感應(yīng)而產(chǎn)生在機殼上的大量電荷得到釋放，避免了集中化電荷形成高壓電，引起機器設(shè)備產(chǎn)生火花[3]。選擇適當(dāng)?shù)慕拥?，可以對電路起到很好的屏蔽效果，避免在雷電天氣發(fā)生電磁感應(yīng)而影響設(shè)備運行。根據(jù)接地抗干擾技術(shù)的特點，大致可以分為四類：①懸浮接地式；②單點接地；③多點接地；④混合接地。

電子自動化抗干擾技術(shù)為油田轉(zhuǎn)油站的有效運行提供了技術(shù)保障。轉(zhuǎn)油站生產(chǎn)管理一般利用了以計算機為基礎(chǔ)的PLC控制系統(tǒng)，可以在油站控制中心的大屏幕中顯示各個系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)、工藝流程圖、實時工作圖像等，做到了遠程無人監(jiān)控。轉(zhuǎn)油站為了避免緊急事故的發(fā)生，專門配備了緊急切斷ESD系統(tǒng)，負責(zé)時刻監(jiān)控工作流程的安全性。ESD系統(tǒng)還能夠?qū)μ幱谑鹿薁铙w的設(shè)備、生產(chǎn)裝置、火災(zāi)裝置等進行開關(guān)切斷。在油水泵房和氣體壓縮機房、原油處理裝置房、氣體處理區(qū)等地方配備了有毒氣體檢測器，實現(xiàn)了電子自動化檢測氣體。

4 結(jié)語

電子自動化控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)措施可從兩方面著手，一種是將原有運算放大器控制電路改成隔離運算放大器控制電路，將設(shè)備線路間的電流、電壓信號實施隔離，使動態(tài)變化的電流控制信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字化控制電路，從而降低通電電子元件周圍輻射電磁波的干擾，便于智能控制終端能夠高效接收控制信號。另一種是將輻射的感生電磁波利用特殊技術(shù)手段過濾掉，使控制信號強度提高，提高控制信號傳輸過程中的辨識強度，將干擾影響降到最低。通過實驗及實地應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)兩種干擾抑制技術(shù)皆可發(fā)揮巨大功能，提高油田生產(chǎn)效率。

[1]盧俊棋．論工業(yè)電子自動化控制裝置常見干擾及對策[J]．廣東科技，2008（24）：57-59．

[2]潘崢嶸．基于GPRS的油田抽油機遠程在線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]．工業(yè)儀表與自動化裝置，2008（2）：23-24.

[3]文波．基于嵌入式系統(tǒng)的遠程抽油機示功儀的設(shè)計[D]．武漢：武漢理工大學(xué)，2006.

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.036

基金論文：內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)研究項目基金“切換系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、控制及其應(yīng)用”（NJZC13349）。