解決DCS信號干擾的有效方法

　　摘要：電廠DCS系統(tǒng)的可靠接地是其正常工作的重要保證，且DCS接地系統(tǒng)的可靠性，又在很大程度上決定其抗千擾能力。本文針對各種影響DCS可靠測量的常見信號干擾類型進(jìn)行了分析，對DCS系統(tǒng)接地的分類及接地方式進(jìn)行了說明，并分析了DCS系統(tǒng)抗干擾措施。
　　
　　一、DCS系統(tǒng)干擾簡介
　　
　　干擾是疊加在DCS系統(tǒng)電源、信號線上的與信號無關(guān)的電信號。干擾會造成測量的誤差，嚴(yán)重的干擾會造成設(shè)備損壞。常見的干擾有以下幾種：
　　
　　1.1安裝材料及設(shè)備質(zhì)量問題導(dǎo)致的信號干擾
　　
　　當(dāng)幾種信號線在一起傳輸時(shí)，由于絕緣材料老化，漏電而影響到其他信號，即在其他信號中引入干擾。在一些用電能作為執(zhí)行手段的控制系統(tǒng)中（如加熱器等）信號傳感器漏電，接觸到帶電體，也會引入很大的干擾。在一些執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，現(xiàn)場端采用380VAC供電，由于設(shè)備燒壞而造成電源與信號線間短路，也會造成較大的干擾。
　　
　　1.2由于施工不合理導(dǎo)致的信號干擾
　　
　　在控制系統(tǒng)中，往往很多信號同時(shí)接入DCS，這些信號線或者走電纜槽，或者走電纜管，造成現(xiàn)場很多根信號在一起走線。這些信號之間均有分布電容存在，會通過這些分布電容將干擾加到別的信號線上。同時(shí)，在交變信號線的周圍會產(chǎn)生交變的磁通，而這些交變磁通會在并行的導(dǎo)體之間產(chǎn)生電動勢，這也會造成線路上的干擾。
　　
　　1.3由于接地不合理導(dǎo)致的信號干擾
　　
　　例如在信號線的兩端接地，會因?yàn)榈仉妱莶疃a(chǎn)生較大的干擾（雖然大地理論上是O電勢，實(shí)際上不同的接地點(diǎn)或多或少都有一定的電勢差）。信號線的兩端同時(shí)一接地，這樣，如果兩點(diǎn)的距離較遠(yuǎn)，則可能會有較大的電位差，這個(gè)電位差可能會在兩端之間的信號線上產(chǎn)生一個(gè)很大的環(huán)流。
　　
　　二、常見的解決DCS系統(tǒng)干擾方法簡介
　　
　　以上列舉分析產(chǎn)生干擾的種種原因，這些干擾如果得不到很好的抑制和防止，輕則影響系統(tǒng)的測量技術(shù)精度，使正常的控制無法實(shí)現(xiàn)，重則會造成設(shè)備損壞，我們在長期的實(shí)踐中總結(jié)出很多干擾抑制的方法如下：
　　
　　2.1隔離方法
　　
　　2.1.1保證信號電纜及設(shè)備絕緣：使所有的信號電纜及設(shè)備很好地絕緣，確保不漏電。這樣，可有效防止由于接觸引入的干擾。
　　
　　2.1.2電纜分層敷設(shè)：施工時(shí)應(yīng)注意在同一電纜通道中多層水平電纜橋架上，對電纜按信號強(qiáng)弱進(jìn)行分層敷設(shè)。
　　
　　2.1.3供電系統(tǒng)的隔離：為防止供電線路上引入共模高頻干擾信號，可以在DCS進(jìn)線回路上設(shè)隔離變壓器進(jìn)行干擾隔離。
　　
　　2.1.4電氣隔離：還有一種隔離是將信號源同DCS在電氣上進(jìn)行隔離，這樣，會大大地減小共模干擾對計(jì)算機(jī)造成的危害。用隔離放大器將信號的輸入端子與計(jì)算機(jī)部分*隔離（有的DCS系統(tǒng)中采用隔離變壓器，或繼電器等方式隔離，對開關(guān)量則可以采用光電器件，或繼電器進(jìn)行隔離）。這樣，由于電位不同所產(chǎn)生的干擾信號形不成回路，抑制廠干擾的危害。
　　
　　2.2屏蔽方法
　　
　　屏蔽是用金屬（屏蔽體）把電場或磁場等外界干擾阻止在受干擾物之外，現(xiàn)場中常用的屏蔽手段是采用屏蔽電纜。使用屏蔽電纜時(shí)，應(yīng)注意進(jìn)入DCS的信號電纜屏蔽層應(yīng)采用單點(diǎn)接地的方式。當(dāng)屏蔽電纜有中繼點(diǎn)時(shí)，在中繼處應(yīng)注意屏蔽層的連續(xù)性。為保證屏蔽層單點(diǎn)接地，屏蔽層外應(yīng)有良好的絕緣性方旨。
　　
　　三、DCS接地
　　
　　隨著現(xiàn)在設(shè)備和安裝材料（電纜等）的不斷完善，施工水平的不斷提高，以上抗干擾方式已能很好的解決上述常見干擾一、二，經(jīng)核實(shí)，近年來更多的DCS系統(tǒng)信號干擾是由于接地方式不正確造成的。
　　
　　3.1DCS接地功能簡介
　　
　　DCS接地系統(tǒng)應(yīng)該具備二種功能：*，當(dāng)進(jìn)入DCS系統(tǒng)的信號、供電電源或DCS系統(tǒng)設(shè)備本身出現(xiàn)問題時(shí)，能有效地承受過載電流并可以迅速的將過載電流導(dǎo)入大地。第二，接地系統(tǒng)應(yīng)能夠?yàn)镈CS提供屏蔽層，消除電子噪聲干擾，并為整個(gè)控制系統(tǒng)提供公共信號參考點(diǎn)，即參考零電位。為了滿足上述功能，DCS系統(tǒng)一般具有2個(gè)接地，即工作接地和保護(hù)接地。
　　
　　3.1.1工作接地工作接地是為了使DCS以及與之相連的儀表或執(zhí)行機(jī)構(gòu)均能可靠運(yùn)行并保證測量和控制精度而設(shè)的接地。不同資料對工作接地的分類和表述不同，一般分為邏輯地、信號地和屏蔽地。
　　
　　3.1.1.1邏輯地：也叫主機(jī)電源地，是計(jì)算機(jī)內(nèi)部的邏輯電平負(fù)端公共地，也是＋24v等電源的輸出地。
　　
　　3.1.1.2信號地：也叫信號回路地，是現(xiàn)場返回信號的負(fù)端。當(dāng)DCS給現(xiàn)場提供24VDC時(shí)，且AI、AO信號為非隔離式，信號地就是邏輯地。當(dāng)由其他設(shè)備提供電源時(shí)，根據(jù)信號源原理決定是否接入公共接地極。
　　
　　3.1.1.3屏蔽地：是為了避免電磁場對儀表和信號的干擾而采取的屏蔽網(wǎng)接地。電纜屏蔽層必須一端接地，以防止形成閉合回路干擾。愷裝電纜的金屬銷不應(yīng)作為屏蔽保護(hù)接地，必須是銅絲網(wǎng)或鍍鋁屏蔽層接地。接入公共接地極。
　　
　　3.1.2保護(hù)接地
　　
　　保護(hù)接地是將DCS中平時(shí)不帶電的金屬部分（機(jī)柜外殼，操作臺外殼等）與地之間形成良好的導(dǎo)電連接，以保護(hù)設(shè)備和人身安全。DCS的供電是強(qiáng)電，通常情況下機(jī)殼等是不帶電的，當(dāng)故障發(fā)生（如主機(jī)電源故障或其它故障）造成電源的供電火線與外殼等導(dǎo)電金屬部件短路時(shí)，這些金屬部件或外殼就形成帶電體，如果沒有很好的接地，那么這帶電體和地之間就有很高的電位差，如果人不小心觸到這些帶電體，就會通過人身形成通路，發(fā)生危險(xiǎn)。因此，必須將金屬外殼和地之間作很好的連接，使機(jī)殼和地等電位。此外，保護(hù)接地還可以防止靜電的積聚。保護(hù)接地應(yīng)牢固可靠，且不應(yīng)串聯(lián)接地。當(dāng)利用自然接地體（如金屬構(gòu)件等）作為接地線時(shí)，應(yīng)保證其全長為完好的電氣通路。
　　
　　3.2DCS接地的要求
　　
　　在DCS安裝及使用中，必須遵循以下要求：系統(tǒng)的接地應(yīng)牢固可靠，宜與電廠電力系統(tǒng)公用一個(gè)接地網(wǎng)，接地電阻應(yīng)符合DCS廠家的要求不得通過非DCS設(shè)備接地，不得接到高壓設(shè)備所用的接地點(diǎn)，非系統(tǒng)設(shè)備不得通過DCS系統(tǒng)接地，不得把接地接到結(jié)構(gòu)件上。接地系統(tǒng)能否符合規(guī)程要求，主要指標(biāo)是接地電阻大小。具體DCS接地電阻值，不同的DCS廠家會有不同的要求，以制造廠要求為準(zhǔn)。
　　
　　3.3DCS接地方式
　　
　　DCS系統(tǒng)一般接地方式有三種：
　　
　　1．利用電氣接地網(wǎng)作為DCS接地網(wǎng)，即與電氣接地網(wǎng)工地。
　　
　　2．設(shè)置DCS系統(tǒng)獨(dú)立的接地網(wǎng)。
　　
　　3．設(shè)置DCS接地網(wǎng)，再經(jīng)接地線接至電氣接地網(wǎng)。
　　
　　過去，計(jì)算機(jī)或DCS系統(tǒng)曾經(jīng)較多的采用接地網(wǎng)，但是這種接地方式存在的缺點(diǎn)是：占地面積大，投資高，電纜及接地網(wǎng)鋼材耗量大，距廠房有相當(dāng)?shù)木嚯x（因不易在廠房內(nèi)找到合適的位置）。管理、維護(hù)、測量及查找接地極和接地線不方便，且效果不
　　
　　佳。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行表明，設(shè)置的DCS接地網(wǎng)是既困難又不安全的。不少電廠DCS后來改用電氣接地網(wǎng)接地，取得了良好的效果。從大量電廠的調(diào)查、總結(jié)、測試和理論分析證明，設(shè)置DCS專門獨(dú)立的接地網(wǎng)，不但不能減少因電氣接地網(wǎng)電位波動時(shí)對DCS系統(tǒng)的干擾，反而會增加其干擾程度。因此，DCS系統(tǒng)的接地“宜與電氣網(wǎng)共地，不宜設(shè)置的獨(dú)立接地網(wǎng)”這個(gè)結(jié)論是正確的。
　　
　　第三種接地方式與第二種借地方是有較多相同處，下面我們介紹*種接地方式。
　　
　　較多DCS廠家要求設(shè)置獨(dú)立的接地箱（DCS廠家有特殊要求的除外），接地箱可設(shè)置在集中控制室下的電纜夾層中，它與電氣地網(wǎng)的連接方式應(yīng)符合：
　　
　　1.DCS系統(tǒng)內(nèi)不同性質(zhì)的接地，均經(jīng)絕緣電纜引至總接地箱上的接地銅排，然后用絕緣電纜與電氣地網(wǎng)單點(diǎn)連接。在電氣地網(wǎng)上，DCS系統(tǒng)接地點(diǎn)和大型電氣設(shè)備接地點(diǎn)之間應(yīng)保持足夠的距離并符合廠家要求。
　　
　　2．不同廠家的控制系統(tǒng)（如DCS和DEH等），廠家不同意在總接地箱處共地時(shí)，總接地箱內(nèi)可分別設(shè)置接地銅排，分別用絕緣電纜按廠家要求與電氣地網(wǎng)相連。
　　
　　3．總接地箱中各種電纜與接地銅排連接，宜采用線鼻子壓接后用帶彈簧墊圈的螺栓連接或焊接。
　　
　　4．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各種用途接地線的截面選擇應(yīng)符合廠家要求，一般情況可進(jìn)行如下選擇：總接地箱至地網(wǎng)接地點(diǎn)連接的接地電纜截面宜不小于50mm2，系統(tǒng)內(nèi)不同性質(zhì)的中心接地點(diǎn)至接地箱的接地電纜截面宜不小于25mm2，機(jī)柜間鏈?zhǔn)浇拥剡B接電纜的截面宜不小于16mm2，上述各項(xiàng)接地電纜可以采用低壓銅芯電力電纜。
　　
　　3.4DCS信號屏蔽及其接地
　　
　　根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)定要求，計(jì)算機(jī)或DCS系統(tǒng)信號電纜的屏蔽層不得浮空，必須接地，但不可同時(shí)接地，其接地方式應(yīng)符合下列規(guī)定：
　　
　　1．當(dāng)信號源浮空時(shí)，屏蔽層應(yīng)在計(jì)算機(jī)側(cè)接地
　　
　　2．當(dāng)信號源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號源側(cè)接地
　　
　　3．當(dāng)放大器浮空器時(shí)，屏蔽層的一端宜與屏蔽罩相連（現(xiàn)在的AI,AO信號普遍采用隔離器）
　　
　　4．當(dāng)屏蔽電纜途經(jīng)接線盒分?jǐn)嗷蚝喜r(shí)，應(yīng)在接線盒內(nèi)將其兩端電纜的屏蔽層連接。
　　
　　DCS系統(tǒng)信號電纜的選擇與敷設(shè)，應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。屏蔽電纜的屏蔽層應(yīng)按以上要求進(jìn)行接地。為廠提高DCS系統(tǒng)的抗*力，DCS系統(tǒng)開關(guān)量輸入才輸出信號，選用阻燃型對絞銅網(wǎng)屏蔽計(jì)算機(jī)電纜還是比較恰當(dāng)?shù)摹?br />　　
　　現(xiàn)在國內(nèi)電廠施工現(xiàn)場有時(shí)會出現(xiàn)AO信號無法驅(qū)動設(shè)置的情況，經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)，其信號源和DCS側(cè)的屏蔽層都接地導(dǎo)致環(huán)流讓AO信號失效?，F(xiàn)在普遍采用將屏蔽層在DCS側(cè)統(tǒng)一接地的方式。
　　
　　3.5電氣系統(tǒng)進(jìn)入DCS信號接地
　　
　　根據(jù)電氣專業(yè)相關(guān)規(guī)程，當(dāng)采用靜態(tài)保護(hù)時(shí)，采用屏蔽電纜時(shí)一屏蔽層宜在兩端接地，這與熱控專業(yè)對于電纜屏蔽層接地的規(guī)定產(chǎn)生廠矛盾。原因如下：對通過電容藕合的電場干擾，一點(diǎn)接地即可大大降低干擾電壓，發(fā)揮屏蔽作用；但對于通過感應(yīng)藕合的磁場干擾，傳遞信號的屏蔽雙絞線兩線上感應(yīng)的干擾電壓接近相等且方向相反，在應(yīng)用回路中是互相抵消的。
　　
　　3.6DCS接地注意事項(xiàng)
　　
　　機(jī)柜本體與底座間有膠皮形成絕緣，屏蔽地匯流排與底座間絕緣（DCS廠家有特殊要求的除外）。DCS機(jī)柜、操作員站、工程師站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、服務(wù)器主機(jī)、系統(tǒng)顯示器等采用外殼接地或直接將電源地線連接至電氣接地網(wǎng)。帥模件：模擬量模件的24VDC的負(fù)端接至邏輯地匯流排上，邏輯地匯流排接至屏蔽地，再接人總接地匯流排。DCS機(jī)柜的保護(hù)地可從機(jī)柜下方的接地螺釘接至接地分干線，機(jī)柜的屏蔽地應(yīng)從接地匯流排接至總結(jié)地箱匯流排（DCS廠家有特殊要求的除外）。遠(yuǎn)程DCS機(jī)柜可單獨(dú)供電并根據(jù)DCS廠家要求就近接人電氣地網(wǎng)。接地系統(tǒng)的電阻必須進(jìn)行測試，以保證接地能滿足控制系統(tǒng)制造商的要求。
　　
　　四、結(jié)束語
　　
　　DCS干擾是每個(gè)電廠DCS都會遇到的問題，本文對各種抗干擾方式進(jìn)行了歸納總結(jié)，尤其對DCS接地作了細(xì)致的分析，希望能為今后工程提供參考。