工控人之干扰囧途

   记得是2003年初春的4月。在天竺某高档别墅物业小区承接了一生活用水的变频恒压改造的工程。主要工艺功能是，潜水泵从地下抽水到源水池。净化泵抽取源水池水送入净化设备，净化后成品水储存在清水池。主泵从清水池取水恒压供给用水末端。源水池和清水池设有水位检测，静压水位传感器探测水位送至数显表，数显表的高低水位输出点控制潜水泵和净化泵启停，主泵是变频器恒压控制。

   在十年前，即使对一个只有3～5年经验的工程师，变频恒压供水也是个手到擒拿的项目。我知道改造项目关键的是老系统原理、状态的理解和掌握，前期老系统资料的收集、整理、理解和现场技术状态的摸底，我一直谨慎小心。虽然原始资料残缺简陋，经过现场亲自查线对点，还原出原理图后，我心里踏实了。设计、出图、生产、现场安装，直到主控制盘、几个控制箱与现场线路及设备对接完成，都在我计划之内，至于软件问题不在话下，我的心情一派阳光明媚。

    PLC信号I/O对点，HMI变量查对、下载程序，调试，投入试运行，我只用了半天多点的时间就搞定软件。模拟水池液位，系统显示和工作逻辑正常。水泵高低液位工作逻辑正常。运行！变频器不出所料地按我的设想快乐地工作起来，修改压力设定，嗯，PID跟踪正常。分时段工作参数切换，切换正常。调试顺利得让我有点踌躇满志了。

    突然，“水池水位怎么老变？”，用户主管经理看着水位数显表不解的嚷道。在大伙安静仔细观察设备运行的氛围里，这声音显得很唐突。

    我放下手头的事走了过去。仪表的数显值随机的跳动着，干扰？我有点不心甘认定它的到了。停变频，数显值立刻稳如泰山。没错，就是干扰，该死的东西。

    问题出在哪里呢？我起初不甘心承认是干扰，是因为设计阶段我已经给予了高度重视。从设置隔离变压器给控制器和仪表供电、屏蔽电缆传输信号、屏蔽层接地，我尽力按设计规范防着干扰这个巫贼，而且在配盘生产工艺和安装过程中也强调落实了。可它怎么还是来了呢？

    没什么大不了，应用变频器遇到干扰也不是第一次。我此时心里虽然有点不太快，总的来讲还是藐视眼前的这点困难。

    唉，数显表到端子排的连接是柜内配线，没有屏蔽，这是破绽？！我首先从简单处入手。我心想可能性很大，看来问题解决不远了。我迫不及待地更换为屏蔽电缆，然而数显值跳动依然涛声依旧。失望。

    接着常规地降低变频器的调制频率，有影响，但还没找到问题的症结。调制频率越高，数显值毛刺越多，闪烁的频率也越快。但数值的跳动还是那个跳，我的愁还是那个愁。无趣。

    会不会是隔离变压器的N悬空造成的呢？我继续着我的捉虫工作。由于水站建设的比较早，接地系统还是老系统常用的TN-C系统。设计阶段，用户沟通时曾提醒小区变压器的三相不一定平衡，以前曾因为N相带电导致消防监控系统异常。正因为用户的提醒，我才特意增设了隔离变压器。这怎么还成为败笔了呢。拆除隔离变压器，工作电源悬空N直接接入供电变压器的PEN。数显表跳字确实有改善，但很明显，干扰依然存在。这流氓兔现在成了跳跳虎拦在了我的面前。难受。

单片机个人觉得先掌握其中一种，其它的都可以触类旁通，快速上手了。如果你这些条件都没有，我建议你学习51单片机。

    难道是仪表滤波没处理好？这款产品用过几次，还没有过劣迹啊。救命要紧，求助供货商。我希望这是我的救命稻草。供货商很够意思，第二天就派来了工程师。一番换表、换电路板、调仪表工作参数，折腾了大半天，一切枉然。测试实验确认了仪表显示跳字不是滤波的问题。经过此番折腾发现，表的显示值不仅跳动，而且表的指示值比变频器停止状态的数有一点点增加，虽然不大，但确实存在，而且不是水池液位的结果。无奈。

    变频器是干扰源，这是无疑的。难道还必须加进出现电抗器？眼看我的处置办法一招招落空，可能上的手段越来越复杂。我开始有点恼火了。看着两块数显表像跳跳虎一样跳个不停，我真有点气不打一处来。加电抗器肯定能抑制干扰，能否根除没把握。但在没仪器测试的情况下，只得现实点硬着头皮订货试一试。考虑到前期捉虫已经消耗了好几天工期，订货又有周期，担心解决问题耗时太长。我一不做二不休，干脆进出线电抗我都给配上。

    焦躁不安地等了个把星期，电抗器订货来了。我们殷切地将进出线电抗接入系统。可、可、可是，电抗器还是没能制服跳跳虎。我当时真是那个绝望啊。

   “李工啊，实在没办法就算了。反正不影响使用。我们这地靠近机场，电磁环境确实很怪的呀。”客户主管经理见我们辛苦了半个多月仍一筹莫展，宽容我们说道。我听了很不是滋味。虽然对客户的宽容，我心里有一份感动。同时，我更强烈的是油然而生一种颜面扫地的羞辱。我怎能放弃，我绝不放弃！这只跳跳虎如此让我难堪，我岂能放过它。

   安装测试电抗器当晚，经过了绝望的煎熬之后，我反而进入到一种前期未有的冷静当中。我仔细回顾梳理了整个设计、器件选型、生产、安装调试、干扰排查全过程。排查测试让我认识到变频器是干扰源，且干扰因线路连接耦合和空间辐射传递过来的成分更多一些，本系统的地在干扰中的影响是次要因素。这就意味着问题的症结就在从数显表到液位传感器这段线路上。可这段线路依次也就只有数显表、屏蔽电缆、液位变送器和拖着近几米长输出电缆的静压液位探头。这么简单的线路，它又会有什么问题呢？数显表已经测试过了，那明天就从液位变送器和探头着手。我想不出其中缘由，就采取排除法。

    第二天我准备大干一场。根据前一晚的思路，我准备了信号发生器等一系列的工具，尤其还采购了一套变送器与液位探头集成为一体的液位计，这是我选型时因价格原因放弃的型号。为了确定前晚思路方向无误，我首先尝试接入一体化的液位探头。没曾想喜从天降，一次和二次仪表一体化的液位计像安有定海神针一样稳如泰山，不再神经质一般闪跳不停。大伙高兴地在相互祝贺找到问题的根了，可我愣住了。前期的折腾和突如其来的成功，让我不敢相信眼前的事实。喜从天降也让我陷入到深深的自责和内疚当中。想当初，器件选择时因一体化液位计技术集成度高、价格高，我有意弃选。因我没有理解到一二次仪表集成一体化的意义，致使工程调试出现反复和皱折，我的心情是又悔又恼，五味具呈。

   仔细分析，数显表跳字的根源是水池静压液位计选型错误，传感器一次和二次仪表分立是信号采集的致命弱点，尤其是在变频器应用环境里。变频器的干扰通过辐射和线路耦合，经数显表、屏蔽电缆、液位变送器等线路及其天线效应发送出来，虽然电缆经穿管地下走了近十米，然而液位探头及电缆作为天线接收了变频器辐射出来的干扰，更致命的是变送器又放大和强化了这些天线接收到的干扰信号，致使液位信号和干扰混为一体无法滤除。而对变送器和探头一体化的液位计，干扰虽然存在，但因一二次仪表一体化，没有了干扰接收的天线，干扰无法进入二次仪表，因此被隔离在系统之外。

   传感器一二次仪表分立和集成一体化是两种常见的状态，各有其特性和适用领域，都是满足实际应用的必需。以前分立的温度变送器应用经验固化了我的一些错误认识，我在设计和器件选型阶段没有充分理解认识这一点，不仅导致器件选型出错，同时也衍生出调试的技术盲区。问题出在调试阶段，但根源还是在设计的认知上。

   严谨细致的设计是产品和工程成功最重要的基础，因为在设计阶段工程师化解问题于无形，是解决问题的最高境界。产品问题往往就出在设计工程师没有考虑到的点上。认知到位，问题才能解决到位。我的一点点疏忽，让我在精神和物质上付出了惨重的代价。即使在事过十年的今天，每每回想到这段经历，我仍如鲠在喉，刻骨铭心。