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江苏金湖黄河自动化仪表厂
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变频器对超声波流量计信号强度电磁干扰的分析
发布日期:2018-01-09 08:48
    随着工业生产自动化技术的逐步提高和变频器使用范围的逐步加大,变频器高次谐波带来的电磁干扰问题越来越严重,尤其是在高精度仪表和微电子控制系统等应用中,电磁干扰问题尤为突出,如果不对其加以防范和控制,势必会对日常生产生活造成危害。此文就变频器对超声波流量计信号强度干扰的防范与处理措施进行探讨。
    1 流量计故障的基本情况
    2012年7月,迁安市恒辉热电公司和唐山市建源钢铁有限公司安装的3套超声波流量计在水资源远程监控系统中突然出现没有瞬时流量的现象,通过迁安市水务局计量控制中心巡视维修人员到达现场检查,发现取水设备运转正常,取水计量设备外观无破损,没有人为破坏现象,应该是取水计量设备某个部位出现问题才造成了没有瞬时流量的现象,无法准确进行用水量的计量工作。
    2 故障原因分析及处理
    2.1 故障原因分析
    取水计量设备主要有两部分组成:超声波流量计系列遥测终端机。系统利用超声波流量计采集管道水流信息,通过数据线传输到遥测终端机,遥测终端机将信号转换成瞬时流量、累计流量、剩余水量、供电状态、蓄电池电压、水泵状态、水表传感器状态、时间、历史取水量、历史充值纪录等数据,利用CPRS通讯传回主控室。
    由于出现的是没有瞬时流量故障,所以首先检测超声波流量计部分。我单位使用的超声波流量计是大连海峰仪表有限公司的插人式流量计,它分为流量仪表显示部分、数据线和插人式探头3部分,经仔细观察,插人式探头部分没有松动现象,数据线没有破损,流量计显示数据采集信号强度非常低,只有不到20dbm,Q值(信号质量)为0,检查信号传输时间比为30%,正常情况下,信号强度360dbm、信号质量>50%时流量计才能正常工作。先判断是不是流量计数据参数错误,经检查、核对没问题,排除;然后更换整个流量计表头、更换数据传输线、调整流量计插人探头,故障依然没有解决。之后发现水泵电源控制线上多了个变频器,找来电工将变频器关掉,直接将水泵电源接上,开泵,数据显示一切正常,故障排除。由此证实,故障来源于变频器工作时产生的电磁波对流量计信号传输产生的干扰。
    故障产生的原因找到了,但变频器不能不用,经过咨询变频器厂家和流量计生产厂家的专业人员,为消除变频器对流量计的信号干扰,将变频器接地线加粗并将接地点尽量靠近变频器,用钢板焊制一个大的防护罩,将变频器屏蔽起来;将整套水资源监测系统(超声波流量计和HYSYC-IA系列遥测终端机)移到室外,远离变频器;将流量计插入探头部分用钢板焊制防护罩进行屏蔽;数据信号传输线更换为超强屏蔽线并用钢管敷设,进行屏蔽,至此问题彻底解决。
    2.2 降低变频器对超声波流量计信号强度干扰的措施
    这次流量计不显示瞬时流量故障是由变频器电磁波干扰超声波流量计信号线传输信号强度所致,为能较大程度上降低变频器对信号强度的影响,应采取以下措施。
    一是合理布局。取水计量设施在安装时做到合理布局,流量计和数据传输线应尽量远离变频器;如需控制水泵时,控制线在空间上应尽量和变频器远离,如不能远离,应尽量和变频器的输入、输出线交叉,最好是垂直交叉。
    二是削弱干扰源。在经济条件允许的情况下,应对变频器接人电抗器或滤波器,但对一些小功率变频器而言,成本较高,可以采用一种低成本的电磁干扰抑制方法:将电机电缆从铁氧体环中穿过,使穿过部分导线的阻抗局部增大,阻止电磁干扰电流通过。如将导线在铁氧体环上绕几圈,总的电感和阻抗值将随圈数的平方而增大。电机电缆可从铁氧体环中穿过3次。但应注意,连接电机和变频器的接地线应留在环外。
    三是对线路进行屏蔽。对靠近变频器的流量计及信号传输线应尽量装在金属箱或穿人金属管内进行屏蔽。
    四是准确接地。变频器接地线应尽量粗一些,接地点应尽量靠近变频器;接地线应尽量远离超声波流量计电源线、信号线;变频器所用地接地线,必须和超声波流量计的接地线分开;必须绝对避免把所有设备的接地线连在一起后再接地;变频器的接地端子不能和超声波流量计电源的“零线”相接。
    虽然电磁干扰看不见,摸不着,但还是有一定规律可循,我们要在今后的生产生活中通过实践总结发现更多、更好的高招妙计来对抗电磁干扰,加深对电磁干扰的认识,以及对抗电磁干扰的方法和手段的理解,提高人们对抗电磁干扰的能力,逐步消除电磁干扰给我们带来的危害。