變頻器對超聲波流量計信號強度電磁干擾的分析與處理

    隨著(zhù)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)的逐步提高和變頻器使用范圍的逐步加大，變頻器高次諧波帶來(lái)的電磁干擾問(wèn)題越來(lái)越嚴重，尤其是在高精度儀表和微電子控制系統等應用中，電磁干擾問(wèn)題尤為突出，如果不對其加以防范和控制，勢必會(huì )對日常生產(chǎn)生活造成危害。此文就變頻器對超聲波流量計信號強度干擾的防范與處理措施進(jìn)行探討。

    1 流量計故障的基本情況

    2012年7月，遷安市恒輝熱電公司和唐山市建源鋼鐵有限公司安裝的3套超聲波流量計在水資源遠程監控系統中突然出現沒(méi)有瞬時(shí)流量的現象，通過(guò)遷安市水務(wù)局計量控制中心巡視維修人員到達現場(chǎng)檢查，發(fā)現取水設備運轉正常，取水計量設備外觀(guān)無(wú)破損，沒(méi)有人為破壞現象，應該是取水計量設備某個(gè)部位出現問(wèn)題才造成了沒(méi)有瞬時(shí)流量的現象，無(wú)法準確進(jìn)行用水量的計量工作。

    2 故障原因分析及處理

    2.1 故障原因分析

    取水計量設備主要有兩部分組成：超聲波流量計和HYSYC-1A系列遙測終端機。系統利用超聲波流量計采集管道水流信息，通過(guò)數據線(xiàn)傳輸到遙測終端機，遙測終端機將信號轉換成瞬時(shí)流量、累計流量、剩余水量、供電狀態(tài)、蓄電池電壓、水泵狀態(tài)、水表傳感器狀態(tài)、時(shí)間、歷史取水量、歷史充值紀錄等數據，利用CPRS通訊傳回主控室。

    由于出現的是沒(méi)有瞬時(shí)流量故障，所以首先檢測超聲波流量計部分。我單位使用的超聲波流量計是大連海峰儀表有限公司的插人式流量計，它分為流量?jì)x表顯示部分、數據線(xiàn)和插人式探頭3部分，經(jīng)仔細觀(guān)察，插人式探頭部分沒(méi)有松動(dòng)現象，數據線(xiàn)沒(méi)有破損，流量計顯示數據采集信號強度非常低，只有不到20dbm，Q值（信號質(zhì)量）為0，檢查信號傳輸時(shí)間比為30%，正常情況下，信號強度³60dbm、信號質(zhì)量>50%時(shí)流量計才能正常工作。先判斷是不是流量計數據參數錯誤，經(jīng)檢查、核對沒(méi)問(wèn)題，排除；然后更換整個(gè)流量計表頭、更換數據傳輸線(xiàn)、調整流量計插人探頭，故障依然沒(méi)有解決。之后發(fā)現水泵電源控制線(xiàn)上多了個(gè)變頻器，找來(lái)電工將變頻器關(guān)掉，直接將水泵電源接上，開(kāi)泵，數據顯示一切正常，故障排除。由此證實(shí)，故障來(lái)源于變頻器工作時(shí)產(chǎn)生的電磁波對流量計信號傳輸產(chǎn)生的干擾。

    故障產(chǎn)生的原因找到了，但變頻器不能不用，經(jīng)過(guò)咨詢(xún)變頻器廠(chǎng)家和流量計生產(chǎn)廠(chǎng)家的專(zhuān)業(yè)人員，為消除變頻器對流量計的信號干擾，將變頻器接地線(xiàn)加粗并將接地點(diǎn)盡量靠近變頻器，用鋼板焊制一個(gè)大的防護罩，將變頻器屏蔽起來(lái)；將整套水資源監測系統（超聲波流量計和HYSYC-IA系列遙測終端機）移到室外，遠離變頻器；將流量計插入探頭部分用鋼板焊制防護罩進(jìn)行屏蔽；數據信號傳輸線(xiàn)更換為超強屏蔽線(xiàn)并用鋼管敷設，進(jìn)行屏蔽，至此問(wèn)題徹底解決。

    2.2 降低變頻器對超聲波流量計信號強度干擾的措施

    這次流量計不顯示瞬時(shí)流量故障是由變頻器電磁波干擾超聲波流量計信號線(xiàn)傳輸信號強度所致，為能較大程度上降低變頻器對信號強度的影響，應采取以下措施。

    一是合理布局。取水計量設施在安裝時(shí)做到合理布局，流量計和數據傳輸線(xiàn)應盡量遠離變頻器；如需控制水泵時(shí)，控制線(xiàn)在空間上應盡量和變頻器遠離，如不能遠離，應盡量和變頻器的輸入、輸出線(xiàn)交叉，最好是垂直交叉。

    二是削弱干擾源。在經(jīng)濟條件允許的情況下，應對變頻器接人電抗器或濾波器，但對一些小功率變頻器而言，成本較高，可以采用一種低成本的電磁干擾抑制方法：將電機電纜從鐵氧體環(huán)中穿過(guò)，使穿過(guò)部分導線(xiàn)的阻抗局部增大，阻止電磁干擾電流通過(guò)。如將導線(xiàn)在鐵氧體環(huán)上繞幾圈，總的電感和阻抗值將隨圈數的平方而增大。電機電纜可從鐵氧體環(huán)中穿過(guò)3次。但應注意，連接電機和變頻器的接地線(xiàn)應留在環(huán)外。

    三是對線(xiàn)路進(jìn)行屏蔽。對靠近變頻器的流量計及信號傳輸線(xiàn)應盡量裝在金屬箱或穿人金屬管內進(jìn)行屏蔽。

    四是準確接地。變頻器接地線(xiàn)應盡量粗一些，接地點(diǎn)應盡量靠近變頻器；接地線(xiàn)應盡量遠離超聲波流量計電源線(xiàn)、信號線(xiàn)；變頻器所用地接地線(xiàn)，必須和超聲波流量計的接地線(xiàn)分開(kāi)；必須絕對避免把所有設備的接地線(xiàn)連在一起后再接地；變頻器的接地端子不能和超聲波流量計電源的“零線(xiàn)”相接。

    雖然電磁干擾看不見(jiàn)，摸不著(zhù)，但還是有一定規律可循，我們要在今后的生產(chǎn)生活中通過(guò)實(shí)踐總結發(fā)現更多、更好的高招妙計來(lái)對抗電磁干擾，加深對電磁干擾的認識，以及對抗電磁干擾的方法和手段的理解，提高人們對抗電磁干擾的能力，逐步消除電磁干擾給我們帶來(lái)的危害。