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1、本文格式为Word版，下载可任意编辑DCS控制系统应用的抗干扰问题 一、概述 随着科学技术的进展，dcs在工业掌握中的应用越来越广泛。DCS掌握系统的牢靠性直接影响到工业企业的平安生产和经济运行，系统的抗干扰力量是关系到整个系统牢靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型DCS，有的是集中安装在掌握室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高DCS掌握系统牢靠性，一方面要求DCS生产厂家提高设备的抗干扰力量；另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方协作才能完善解决问题，有效地增加系统的抗干扰性能。 二、电磁干扰源及对
2、系统的干扰1 干扰源及干扰一般分类影响DCS掌握系统的干扰源与一般影响工业掌握设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压猛烈变化的部位，这些电荷猛烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。干扰类型通常按干扰产生的缘由、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的缘由不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共模电压有时较大，特殊是采纳隔离性能
3、差的配电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要缘由），这种共模干扰可为直流、亦可为沟通。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种直接叠加在信号上，直接影响测量与掌握精度。2 DCS掌握系统中电磁干扰的主要来源2.1 来自空间的辐射干扰 空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布
4、极为简单。若DCS系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对DCS内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对DCS通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特殊是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和DCS局部屏蔽及高压泄放元件进行爱护。 2.2 来自系统外引线的干扰 主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严峻。 （1）来自电源的干扰 实践证明，因电源引入的干扰造成DCS掌握系统故障的状况许多，笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高的DCS电源，问题才得到解决。 DCS系统的正常供电电源均
5、由电网供电。由于电网掩盖范围广，它将受到全部空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。DCS电源通常采纳隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不抱负。实际上，由于分布参数特殊是分布电容的存在，肯定隔离是不行能的。 （2）来自信号线引入的干扰 与DCS掌握系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即
6、信号线上的外部感应干扰，这是很严峻的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作特别和测量精度大大降低，严峻时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间相互干扰，引起共地系统总线回流，造成规律数据变化、误动和死机。DCS掌握系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严峻，由此引起系统故障的状况也许多。 （3）来自接地系统混乱时的干扰 接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严峻的干扰信号，使DCS系统将无法正常工作。 DCS掌握系统的地线包括系统地、屏蔽地、沟通地和爱护地等。接地系统混乱对D
7、CS系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必需一点接地，假如电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生特别状态如雷击时，地线电流将更大。 此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会消失感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响DCS内规律电路和模拟电路的正常工作。DCS工作的规律电压干扰容限较低，规律地电位的分布干扰简单影响DCS的规律运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑
8、飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严峻失真和误动作。 2.3 来自DCS系统内部的干扰 主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如规律电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与规律地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于DCS制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较简单，作为应用部门是无法转变，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。 三、DCS掌握系统工程应用的抗干扰设计 为了保证系统在工业电磁环境中免受或削减内外电磁干扰，必需从设计阶段开头便实行三个方面抑制措施：抑制干扰源；切断或衰减电磁干扰的传播途径；提高装置和系统的抗
9、干扰力量。这三点就是抑制电磁干扰的基本原则。 DCS掌握系统的抗干扰是一个系统工程，要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰力量的产品，且有赖于使用部门在工程设计、安装施工和运行维护中予以全面考虑，并结合具有状况进行综合设计，才能保证系统的电磁兼容性和运行牢靠性。进行详细工程的抗干扰设计时，应主要以下两个方面。 1 设备选型 在选择设备时，首先要选择有较高抗干扰力量的产品，其包括了电磁兼容性（EMC），尤其是抗外部干扰力量，如采纳浮地技术、隔离性能好的DCS系统；其次还应了解生产厂给出的抗干扰指标，如共模拟制比、差模拟制比，耐压力量、允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作；另外是靠考查其
10、在类似工作中的应用实绩。在选择国外进口产品要留意：我国是采纳220V高内阻电网制式，而欧美地区是110V低内阻电网。由于我国电网内阻大，零点电位漂移大，地电位变化大，工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上，对系统抗干扰性能要求更高，在国外能正常工作的DCS产品在国内工业就不肯定能牢靠运行，这就要在采纳国外产品时，按我国的标准（GB/T13926）合理选择。 2 综合抗干扰设计 主要考虑来自系统外部的几种假如抑制措施。主要内容包括：对DCS系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰；对外引线进行隔离、滤波，特殊是原理动力电缆，分层布置，以防通过外引线引入传导电磁干扰；正确设计接地点和接地
11、装置，完善接地系统。另外还必需利用软件手段，进一步提高系统的平安牢靠性。 四、主要抗干扰措施1 采纳性能优良的电源，抑制电网引入的干扰 在DCS掌握系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰串入DCS掌握系统主要通过DCS系统的供电电源（如CPU 电源、I/O电源等）、变送器供电电源和与DCS系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在，对于DCS系统供电的电源，一般都采纳隔离性能较好电源，而对于变送器供电的电源和DCS系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没受到足够的重视，虽然实行了肯定的隔离措施，但普遍还不够，主要是使用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰力量差，经电源耦合而串入共模干扰、
12、差模干扰。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大（如采纳多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以削减DCS系统的干扰。 此外，位保证电网馈点不中断，可采纳在线式不间断供电电源（UPS）供电，提高供电的平安牢靠性。并且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种DCS掌握系统的抱负电源。 2 电缆选择的敖设 为了削减动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆。笔者在某工程中，采纳了铜带铠装屏蔽电力电缆，从而降低了动力线生产的电磁干扰，该工程投产后取得了满足的效果。 不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敖设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，
13、避开信号线与动力电缆靠近平行敖设，以削减电磁干扰。 3 硬件滤波及软件抗干扰措施 信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以削减共模干扰；在信号两极间加装滤波器可削减差模干扰。 由于电磁干扰的简单性，要根本消退迎接干扰影响是不行能的，因此在DCS掌握系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的牢靠性。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样，可有效消退周期性干扰；定时校正参考点电位，并采纳动态零点，可有效防止电位漂移；采纳信息冗余技术，设计相应的软件标志位；采纳间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构牢靠性。 4 正确选择接地点，完善接地系统 接地的目的通常有两个，其一
14、为了平安，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是DCS掌握系统抗电磁干扰的重要措施之一。 系统接地方式有：浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对DCS掌握系统而言，它属高速低电平掌握装置，应采纳直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz，所以DCS掌握系统接地线采纳一点接地和串联一点接地方式。集中布置的DCS系统适于并联一点接地方式，各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极。假如装置间距较大，应采纳串联一点接地方式。用一根大截面铜母线（或绝缘电缆）连接各装置的柜体中心接地点，然后将接地母线直接连接接地极。接地线采纳截面大于22m
15、m2的铜导线，总母线使用截面大于60mm2的铜排。接地极的接地电阻小于2，接地极最好埋在距建筑物10 15m远处，而且DCS系统接地点必需与强电设备接地点相距10m以上。 信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在DCS侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应坚固连接并进行绝缘处理，肯定要避开多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理。选择适当的接地处单点接点。 五、 结束语 DCS掌握系统中的干扰是一个非常简单的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，对有些干扰状况还需做详细分析，实行对症下药的方法，才能够使DCS掌握系统正常工作。 第 1 页 共 1 页
