基于信號隔離器的抗干擾瓦斯泄漏在線監(jiān)控系統(tǒng)研究

陳東峰

摘 要：本文針對瓦斯泄露在線監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在電磁干擾問題，進(jìn)行了分析研究和試探，最終形成了一種基于信號隔離器的抗干擾瓦斯在線監(jiān)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：信號隔離器;電磁干擾;瓦斯泄露監(jiān)控

0 前言

我公司一新建瓦斯發(fā)電項(xiàng)目采用井下瓦斯進(jìn)行發(fā)電，瓦斯屬于易燃易爆氣體，燃機(jī)廠房處于一個(gè)相對密閉的空間，瓦斯泄漏實(shí)時(shí)檢測裝置就成為人員、設(shè)備安全的重要保障，故在項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)燃機(jī)廠房內(nèi)布置有瓦斯泄漏在線監(jiān)測探頭32個(gè)，用于實(shí)時(shí)在線監(jiān)測燃機(jī)間內(nèi)的瓦斯泄漏情況，異常情況下，由監(jiān)控主機(jī)聯(lián)動(dòng)機(jī)組停機(jī)，關(guān)閉供氣閥門，開啟軸流風(fēng)機(jī)等安全應(yīng)急措施。該套泄漏監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)投運(yùn)后，有部分瓦斯探頭出現(xiàn)報(bào)警現(xiàn)象，使用便瓦檢儀就地測量，并無瓦斯泄露狀況，監(jiān)控主機(jī)控制器仍偶爾出現(xiàn)告警和誤動(dòng)，通過檢查線路、機(jī)柜接地等狀況均符合相關(guān)設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過反復(fù)觀察和試驗(yàn)，告警主要出現(xiàn)在燃機(jī)廠房軸流通風(fēng)機(jī)的啟/停、變頻控制等操作過程中，初步判斷為燃機(jī)間軸流通風(fēng)機(jī)變頻控制所發(fā)出的強(qiáng)電磁干擾是造成儀表不正常的直接原因。

1 原因分析

影響儀表檢測電路的主要干擾源是現(xiàn)場強(qiáng)電磁場和供電電源的波動(dòng)，后者對儀表的影響較小且較容易克服，主要是電纜選型與敷設(shè)、屏蔽接地等方面按照設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行，即可將電源波動(dòng)干擾控制在較低的水平，對儀表的測量精度幾乎不造成影響。而前者即強(qiáng)電磁場的干擾則對儀表的干擾較大且不容易克服，這類干擾是因電磁感應(yīng)而在儀表的回路中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，進(jìn)而影響儀表電路的正常工作或程序的正常運(yùn)行。產(chǎn)生電磁干擾必須要滿足三個(gè)方面的條件：第一，干擾源，此系統(tǒng)，通風(fēng)機(jī)變頻控制所發(fā)出的強(qiáng)電磁信號為干擾源;第二，完整的干擾路徑，軸流風(fēng)機(jī)變頻控制線纜與瓦斯泄漏檢測系統(tǒng)線纜同處于一條電纜溝;第三，對電磁干擾敏感的系統(tǒng)，瓦斯泄漏檢測系統(tǒng)為敏感且被干擾的系統(tǒng)。以上三個(gè)條件在瓦斯泄漏檢測系統(tǒng)中完全符合。

2 整改方案的研究與實(shí)踐

對于此類的電磁干擾，一般的儀表均采取一定的抗干擾措施，主要是在儀表回路中加入濾波電路，采用帶通濾波器或者是帶阻濾波器，有選擇地將干擾信號阻斷或旁路排除掉。這類電路大多是針對固定的干擾頻率，如工頻干擾起作用，可以阻斷或?yàn)V除工頻干擾及其高次諧波。但濾波回路對頻率變化的強(qiáng)電磁干擾效果不明顯。雖然現(xiàn)在部分先進(jìn)的智能儀表具有數(shù)字濾波功能，可以有選擇地濾除一定頻率的干擾信號，但仍是根據(jù)設(shè)定的時(shí)間常數(shù)，對固定的干擾頻率起作用，對于變化的干擾頻率還是無能為力。而變頻器運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的電磁干擾正是超過工頻范圍而且變化的強(qiáng)電磁干擾，針對此類問題則需采取儀表外的現(xiàn)場抗干擾措施，進(jìn)行如下試驗(yàn)：①在儀表回路中增加濾波磁環(huán)，將干擾信號阻斷或旁路掉，試驗(yàn)無效果;②信號電纜采用屏蔽電纜，并將屏蔽層單點(diǎn)接地，系統(tǒng)已采用合格屏蔽電纜，并進(jìn)行單點(diǎn)接地，接地電阻符合要求;③在變送器的輸出信號端子上并聯(lián)電容和在輸出信號線對地并接電容，無效果。針對上述試驗(yàn)的失敗，最后嘗試引入信號隔離器，進(jìn)行干擾信號的抑制。經(jīng)安裝、調(diào)試，在同等條件下進(jìn)行試驗(yàn)8路瓦斯探頭，已加裝隔離器的探頭無異常報(bào)警，同時(shí)使用3%VOL濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體模擬瓦斯泄漏，通道也正常工作。根據(jù)隔離器的原理可知，隔離器實(shí)現(xiàn)了輸入對輸出對電源對地的四端三重隔離，使得檢測和控制回路信號的穩(wěn)定性和抗干擾能力大大增強(qiáng)，從而提高了可靠性。

3 系統(tǒng)完善

供電方面處理：因隔離器對負(fù)載可分為供電式和非供電式兩種，供電式隔離器輸入端可為負(fù)載提供24V+電源，信號+，共用地，非供電式只提供兩線制信號端口，兩種類型的隔離器輸出都為信號的+、-。因供電式隔離器驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力有限，達(dá)不到驅(qū)動(dòng)探頭的能力，故本次應(yīng)用采用了非供電式隔離器，探頭的工作電源單獨(dú)通過外部電源來進(jìn)行提供。信號方面處理：瓦斯探頭采用三線制工作方式，即24V+、SIG+、GND，因特有的共用地形式，故在外接電源24V+輸出后直接與現(xiàn)場瓦斯探頭POW+相接;開關(guān)電源24-輸出后與隔離器IN-和瓦斯探頭GND并聯(lián)相接，一方面為瓦斯探頭提供電源-，一方面為隔離器提供信號-;瓦斯探頭輸出信號+（SIG）直接進(jìn)入隔離器IN+。探頭正常工作時(shí)4～20mA信號進(jìn)入隔離器進(jìn)行信號隔離后通過OUT+、OUT-輸出至控制器SIG和GND，完成了整個(gè)信號的傳輸。整個(gè)系統(tǒng)見下圖1。

4 結(jié)語

通過實(shí)踐和現(xiàn)場應(yīng)用，形成了基于信號隔離器的抗干擾瓦斯在線監(jiān)控系統(tǒng)，不僅有效解決了瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)電磁干擾問題，也為其他控制回路的電磁干擾消除提供了借鑒意義。