楊林(長慶油田分公司第一采油廠，陜西 延安 716000)

0 引言

長慶油田站場PLC 控制系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)站內(nèi)監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集、回路控制、故障連鎖和累計(jì)計(jì)算等功能，主要包括：模擬量采集，比如緩沖罐液位、外輸溫度、外輸液量、外輸壓力、收球筒溫度、收球筒壓力、三相分離器壓力等；RS485 信號(hào)采集，比如來油流量、外輸流量等；并實(shí)現(xiàn)根據(jù)緩沖罐液位來調(diào)節(jié)輸油泵的啟停、轉(zhuǎn)速和對(duì)外輸泵PID 參數(shù)的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。站場PLC控制系統(tǒng)內(nèi)由DC24V 開關(guān)電源為溫度、壓力、液位等4-20MA模擬量傳感器提供工作電源，且多數(shù)并未進(jìn)行隔離。而這樣的接線方式可能會(huì)造成同一模擬量采集模塊因?yàn)槟骋宦纺M量傳感器DC24V 供電電源回路信號(hào)傳輸電纜或現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)部短路，而引起模擬量輸入信號(hào)電源共正或共負(fù)，進(jìn)而導(dǎo)致同一模擬量采集模塊所有輸入信號(hào)數(shù)據(jù)采集異常[1]，嚴(yán)重的甚至可能燒毀采集模塊或造成供電電源損壞，從而影響整個(gè)PLC 控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，特別是對(duì)于那些用于過程控制中需實(shí)施超限報(bào)警和連鎖啟停外輸泵的模擬量傳感器，比如緩沖罐液位。這樣來說，使用信號(hào)隔離器保證各個(gè)AI 采集模塊每一路模擬量信號(hào)供電電源安全、穩(wěn)定、獨(dú)立，是非常有利于輸油場站的安全穩(wěn)定運(yùn)行的。在PLC 控制系統(tǒng)中，對(duì)于模擬量傳感器的測(cè)量精度和抗干擾能力也日益受到使用單位和設(shè)備維護(hù)單位的高度重視。

1 數(shù)字化PLC控制系統(tǒng)干擾分類及來源

PLC 控制系統(tǒng)在日常工作的時(shí)候會(huì)受到很多因素的影響。干擾源也具有各種類型。例如，干擾模式的不同，又可以分成共模干擾以及拆模干擾，拆模干擾，具體來說是指電磁場在信號(hào)之間進(jìn)行耦合感應(yīng)，或者是電路轉(zhuǎn)換的過程中不平和共模干擾，導(dǎo)致了電壓的形成，信號(hào)有所疊加，使得控制系統(tǒng)清澈度降低。共模干擾的產(chǎn)生具體是空間電磁輻射電網(wǎng)串入以及信號(hào)線之上的動(dòng)態(tài)電壓不斷累積而成。共模電壓的電壓值特別高，如果電路經(jīng)過的過程中有不對(duì)稱的情況，就會(huì)轉(zhuǎn)變成差模電壓，最終對(duì)信號(hào)的質(zhì)量帶來影響，甚至?xí)瓜嚓P(guān)的元件受到破壞。而干擾來源包含多個(gè)方面，通過分析，主要包含以下幾個(gè)方面：(1)空間輻射干擾：由無線電波、雷電、電力網(wǎng)絡(luò)等所產(chǎn)生，這種干擾情況相對(duì)比較復(fù)雜，具體從兩個(gè)層面來對(duì)系統(tǒng)造成干擾：其一，電路感應(yīng)所帶來的輻射引起的干擾；其二通信線路感應(yīng)所帶來的輻射而造成的干擾；(2)系統(tǒng)外線干擾：主要通過電源以及信號(hào)線引入這種干擾，屬于傳導(dǎo)干擾。一種情況下，PLC 電能具體通過建立電網(wǎng)進(jìn)行提供，電網(wǎng)在電磁的影響下有感應(yīng)電壓的產(chǎn)生。

2 4-20MA模擬量傳感器種類及常規(guī)接線方式

在長慶油田數(shù)字化PLC 控制系統(tǒng)中用于場站自動(dòng)控制及監(jiān)測(cè)的模擬量傳感器一般有緩沖罐液位、應(yīng)急罐液位、外輸溫度、外輸壓力、收球筒溫度、收球筒壓力、三相分離器壓力、泵體溫度等傳感器[2]。其中相關(guān)液位、壓力、溫度傳感器信號(hào)直接關(guān)系到輸油泵啟動(dòng)或停止操作，或關(guān)系到相關(guān)電動(dòng)閥開、關(guān)動(dòng)作。長慶油田站場PLC 控制系統(tǒng)內(nèi)4-20MA 模擬量傳感器常規(guī)接線方式如圖1 所示。

圖1 線制模擬量傳感器常規(guī)接線圖

(1) 4-20MA 模擬量傳感器均為2 線制接線方式，需外部提供工作電源；

(2)為保證電源的安全性現(xiàn)場一般采用 DC24V，且一個(gè)PLC 控制機(jī)柜一般只安裝一個(gè)DC24V 開關(guān)電源，然后通過在各電源輸出回路設(shè)置熔斷器，使其主控制系統(tǒng)與子控制系統(tǒng)共用一個(gè)DC24V 電源模塊；

(3)在場站PLC 控制系統(tǒng)中，對(duì)于4-20MA 模擬量傳感器：在PLC 控制系統(tǒng)直接用二芯屏蔽電纜從DC24V 輸出“＋”端子排上引出1芯，接到模擬量傳感器“+”端；從模擬量輸入回路“+”端端子排上引出1芯接到各現(xiàn)地安裝的傳感器電源回路上，完成傳感器工作電源供電和模擬量信號(hào)輸入；該通道模擬量輸入回路“-”端直接與電源模塊輸出回路DC24V-端子連接，如來油壓力、輸油泵體溫度、緩沖罐液位傳感器等。

以上接線由于沒有采取有效的措施隔離模擬量傳感器DC24V 供電電源和模擬量信號(hào)輸入，便有可能造成以下危害：

同一模擬量采集模塊因?yàn)槟骋宦纺M量傳感器DC24V 供電電源回路信號(hào)傳輸電纜或現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)部短路，而引起模擬量輸入信號(hào)電源共正或共負(fù)，進(jìn)而導(dǎo)致同一模擬量采集模塊所有輸入信號(hào)數(shù)據(jù)采集異常，嚴(yán)重的甚至可能燒毀采集模塊或造成供電電源損壞，從而影響整個(gè)PLC 控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，造成PLC 控制系統(tǒng)死機(jī)。

由于無有效隔離，且工作電源和信號(hào)傳輸采用同一根信號(hào)電纜，會(huì)造成模擬量傳感器的測(cè)量精度和抗工頻電磁干擾能力大大降低。

3 信號(hào)隔離器在4-20MA模擬量傳感器接線中的應(yīng)用

信號(hào)隔離器具有隔離、配電、變送功能，輸入電流經(jīng)過變換，輸出隔離的電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了輸入、輸出、電源之間的三端隔離，可以給現(xiàn)場的變送器提供隔離的工作電源。有效保證了模擬量傳感器的測(cè)量精度和PLC 控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，解決了油田場站特殊環(huán)境下PLC 控制系統(tǒng)模擬量傳感器工作電源和信號(hào)輸入隔離，抗工頻電磁干擾和雷擊過電壓的危害。

信號(hào)隔離器為端子排型，輸入、輸出與電源端子在不同側(cè)，可以有效防止短路。在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中，接線方式如圖2 所示。

圖2 現(xiàn)場用信號(hào)隔離器接線圖

(1)信號(hào)隔離器的輸入電源為DC24V，接PLC 控制系統(tǒng)內(nèi)DC24V 專用端子；

(2)信號(hào)隔離器的輸入信號(hào)端子接2 線制4-20MA 模擬量傳感器；

(3)信號(hào)隔離器的輸出信號(hào)端子接PLC 控制系統(tǒng)內(nèi)4-20MA模擬量模塊輸入端子。

通過控制系統(tǒng)內(nèi)安裝信號(hào)隔離器，便可以實(shí)現(xiàn)4-20MA 模擬量傳感器工作電源和模擬量信號(hào)輸入的有效的隔離。

信號(hào)隔離器完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)增壓站現(xiàn)場無源模擬量的隔離， 由于信號(hào)隔離器的高強(qiáng)度隔離、配電、轉(zhuǎn)換和分配功能，有效地保證了PLC 控制系統(tǒng)內(nèi)DC24V 電源模塊和AI 采集模塊的運(yùn)行安全，避免了可能會(huì)造成的模塊擊穿或燒毀概率，其測(cè)量精度得到提高，抗工頻電磁干擾和雷擊過電壓的危害降到最低。

在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)候模擬量輸出信號(hào)需要擴(kuò)展為兩路，同時(shí)傳輸給兩套不同PLC 控制系統(tǒng)，如井場油水井特種作業(yè)現(xiàn)場個(gè)別關(guān)鍵數(shù)據(jù)即要供作業(yè)區(qū)SCADA 系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，又要供現(xiàn)場作業(yè)機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用，這時(shí)便可以采用信號(hào)隔離器進(jìn)行擴(kuò)展，即1 路4-20MA 模擬量信號(hào)輸入，經(jīng)隔離器輸出2 路4-20MA 模擬量信號(hào)(圖3)，它有效地實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)控制、監(jiān)測(cè)不同獨(dú)立系統(tǒng)的需求，減少了投資、簡化了二次接線、解決了電站現(xiàn)場傳感器安裝帶來的問題。

圖3 現(xiàn)場用信號(hào)隔離器實(shí)物圖

5 結(jié)語

在原有模擬量傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)中加入信號(hào)隔離器的接線方式，在數(shù)字化服務(wù)大隊(duì)管轄區(qū)域部分撬裝PLC 系統(tǒng)中已采用，尤其是針對(duì)緩沖罐液位采集，取得了良好效果。目前在新投產(chǎn)的安控PLC 系統(tǒng)中也已批量投入使用，后期我們也將建議并拿出可行性方案對(duì)所有增壓站PLC 系統(tǒng)加裝信號(hào)隔離器。