浅谈DCS系统的抗干扰措施

摘要：在DCS系统应用中，干扰问题非常值得关注的。本文介绍了DAS系统产生干扰的来源，同时结合现场工程实践，对DCS系统的抗干扰和接地安装问题提出了定行之有效的措施，尽可能的减小信号干扰对DCS系统的影响，保证DAS系统的稳定运行，为机组稳定可靠运行打下良好基础。

关键词：根源；抗干扰；措施

Abstract: the application of DCS system, interference problem is very notable. This paper introduces the system of the disturbance sources DAS, in combination with the engineering practice, the DCS system anti-interference and grounding installation problems put forward for the effective measures, the decrease of the signal interference as possible to the influence of DCS system, ensure the stable operation of the DAS system, stable and reliable operation of the unit to lay the good foundation.

Keywords: root; Anti-interference; measures

中图分类号：TN973.3 文献标识码：A文章编号：

随着我国工业自动化水平的提高，DCS控制系统在工厂的应用越来越广泛，控制系统运行是否可靠直接影响到生产装置安全、稳定的运行。然而高低压用电设备，释放出的大量电磁辐射对系统的干扰往往是致命的，控制系统内部以及现场仪表信号的接入也存干扰。因此如何提高系统的抗干扰能力是整个系统可靠运行的关键。

1 产生干扰的根源

干扰的方式多种多样，经过多年来的实践，根据我公司DCS控制系统的安装及使用情况，总结干扰的形成原因主要有以下两个方面：

1．1 辐射干扰

辐射干扰是干扰信号以电磁波辐射的形式进入计算机正在工作的硬件环境中，干扰它的正常运行。而按其产生的来源又可分为如下两种。

1)来自计算机外部空间的电磁波辐射干扰

它主要是由电力网络和设备运行中的暂态过程，雷电，大功率无线电设施和电力设备产生的电磁波，作为工业过程主要是大型电力设备的强电流，高压母线的高压电场的交变磁场等的干扰。

2)来自计算机内部的电磁波辐射干扰

这种干扰主要是计算机内部设备，电路以及元器件之间相互产生的电磁辐射干扰。这种类型的干扰对用户可以说是“天生”的，是无法处理的。

1．2传输干扰

传输干扰是在计算机的能源和信号传输过程中间，通过传输线路进入计算机内部，它一般可以分成以下3种形式。

1)电源的干扰。电源引入的干扰，有电网的干扰主要指工频交流，也有空间电磁波以及开关，电动机等电器设备产生的电火花激发的高频交变磁场。

2)接地混乱引起的干扰。由于大地电位分布不均，不同的接地点存在着地电位差。如果接地混乱可能产生地环路电流。例如计算机的输入信号线和屏蔽层之间存在分布电容，一旦信号侧已经接地而屏蔽层又在非信号侧接地，或者屏蔽层在两地点都接地，因两地点存在电位差(见图1，2)都可能通过分布电容产生环路电流对正常工作信号构成干扰。再如逻辑地，模拟地与其他接地处理不得当，产生地环路电流在地线上产生不等电位分布，将影响逻辑电路和模拟电路的工作。

图1 信号和屏蔽同时接地

图2 屏蔽接地

3)雷电干扰。当天空中间出现雷电，或者出现高压电场时，它能使仪表信号线周围产生感应磁场。信号回路会感应出很高冲击电压。这种高冲击电压不但会造成回路的强烈干扰，使回路无法工作甚至会烧坏安全栅或输入卡件。

2抗干扰措施

抗干扰措施一般来说应当有针对性。这样才是合理的，经济的。但是很多工程项目干扰可能在项目投入生产后才表现出来，或者在设防不完善的情况下在某个“缺口”侵入进来。因此抗干扰措施要求尽可能完善的设防。事实上抗干扰的效果只有在采取综合性的措施时，才能体现出来。

2．1 传输线路的抗干扰处理

传输干扰是通过线路传输进入计算机的，因此阻断干扰也应当从线路的处理上进行如下设防。

1)传输线路的“隔离”处理。 “隔离”包括两种含义，一种是可靠的绝缘；另一种是合理配线。实际上也就是防止干扰通过“漏”和耦合传输进系统。

绝缘主要是指导线和其他绝缘材料的耐压等级、绝缘电阻的要求。同时安装当中导线的防水、防尘、防鼠、防高温等也应当考虑，要保证有长期保持绝缘等级要求的措施，才能够使干扰电流不“漏”进系统来。

合理配线则主要是安装的问题。比如信号线与动力线尽可能垂直，不得不平行时则尽可能保持大的间距；穿管敷设时两者必须分开在不同的管内；采用汇线槽敷设时不同种类信号线，信号线与动力线之间要设置分隔金属板；同一多芯电缆内不宜有不同种类的信号等。这些措施可以有效地减少干扰信号的耦合，同时还应结合其他方法才可能有好的效果。

2)传输线路采用双绞线。如图3所示。在外界干扰磁场作用下，同一导线的相邻的两扭环所产生的感应电动势方向相反。在导线上产生的相反方向的干扰电流抵消。相扭的导线扭得越紧，扭环的截面积S越小，S中间穿过的磁力线越少。S趋近于零，穿过的磁力线趋近于零。虽然不可能完全为零，但可以缩小到很小。

图3缩小干扰示意图

3）传输线路的屏蔽。传输线路采用带有绝缘护套的金属屏蔽层进行屏蔽，通过屏蔽层接地可以使导线与导线之间的耦合趋近于零，大大降低了线与线之间的分布电容所引起的电容性耦合噪声。因为现场敷设的导线一般都采用金属汇线槽或者穿入金属管的方式敷设。现场的信号线特别是长距离架空和设置于罐区、站场的信号线路应完全装入金属汇线槽或金属管，并且金属汇线槽和管应可靠接地，从而使传输线路免遭雷击。对于安装于易受雷击地区的现场仪表，应当加装避雷栅的卡件或者采用内装避雷栅。

4）传输线路的滤波。

对于信号传输线路干扰源无法消除的情况，可以在输入卡件前面加装无源滤波器。一般“”形和双“T”滤波器原理见图4和图5，“”形滤波器为宽频滤波器，“T”形滤波器近似工频谐振特性。两种滤波器都对工频交流干扰有很好的抗干扰性能。还有一种抗干扰的方法是利用干扰实时测量值突发变化的特点，采用速率报警方式将其提前检出，然后将干扰连同输入信号同时切断与计算机的连接，此时的输入信号采用切断前的信号值，并作信号保持。一般这种干扰存在的时间是几秒或十几秒，采用一定时器定时切换回来，恢复输入信号与计算机的连接。这样就躲过了这种特殊干扰的峰值。

图4 型滤波器

图5T 型滤波器

2.2 DCS机房的抗干扰处理

1)DCS机房的整体屏蔽。DCS机房本身应当尽可能远离交变磁场和高压电场，按照一般要求，DCS周围空间的电磁场强度要小于2.5 A/m，电场强度小于0.5 V/m。对于不同的DCS应当根据制造厂家的要求确定具体的指标。实际上工业现场基本上做不到这一点，因此就有了将整个计算机机房屏蔽起来的做法。一般可以在机房外墙粉刷前，墙面布一层 1.5，孔径10mm 的镀锌钢丝网。整个钢丝网焊接连接成为一个整体，然后汇合入接地母线，如此处理的计算机机房完全可以适应工厂现场环境。

2)DCS机房的抗静电干扰。计算机机房一般应设置防静电活动地板或者防静电地面。采用窗式空调的室内应当选用防静电墙面，门也采用防静电材质，并且按照其产品说明书的要求做好抗静电的接地连接。为静电电荷的泄放提供良好的电气通路。机房的抗静电措施很重要的一条是对于机房的湿度控制，相对湿度宜保持在40%～50%。因此除了选择有一定抗静电性能的系统之外，简单的做法是采用带湿度调节的空调设备。

2.3 电源的抗干扰处理

对于DCS来说，电源引入的干扰占很大份量，因此着眼从电源设防是很重要的。

1)采用良好的供电电源。增设一次电源双层屏蔽的隔离变压器，以隔断和电力系统直接的电的联系。做好隔离变压器的屏蔽层接地，减少原副边之间分布参数的影响，阻止电网的电容性噪声进入系统。

采用性能优良的可靠的UPS电源，确定系统的全部耗散功率后再加上20%裕量作为选择UPS负载能力的标准。UPS与计算机之间的供电线路尽可能减少线路损失，防止因为供电电压降落导致电压波形顶部缺损失真。同时对这一部分供电线路与信号线路之间，UPS的进出线路之间也进行隔离和屏蔽。避免供电线路对信号线路，UPS电源对UPS输出线路的感应。

2)处理好现场仪表和共用仪表的电源。所有现场仪表和共用仪表的供电宜尽可能由同一UPS供电。无法纳入同一UPS供电的仪表的供电必须按照上述的处理方式，进行其独立的电源防干扰的处理。

为了保证系统的基准电位相等，且趋于零，各个仪表盘和机柜引出来的接地分干线不能串联，必须采用直接的连线引向公用连接板。

3 结论

DCS系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰安装施工中应综合考虑各方面的因素，合理有效的抑控干扰，对有些干扰情况还需做具体分析，采取对症下药的方法，才能够使DCS系统正常工作，完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。

参考文献：

[1] 陆德民，张振基，黄步余，电气自动控制设计手册[M]．北京：电气工业出版社，2001

[2] 武胜林,分散型控制系统抗干扰措施的探讨[J]．炼油化工自动化，2002,(3)：10-15

[3] 陈海喻,解决DCS系统干扰的几种方法[J]．化工自动化及仪表，2000,(2)：69-70

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。