自控系統(tǒng)信號(hào)干擾問(wèn)題探討

摘 要：本文從儀長(zhǎng)線(xiàn)站控SCADA系統(tǒng)因干擾而產(chǎn)生的誤信號(hào)的處理入手，簡(jiǎn)要分析了干擾產(chǎn)生的現(xiàn)象、原因及其處理措施，經(jīng)過(guò)對(duì)各類(lèi)干擾產(chǎn)生的原因及現(xiàn)象，采用不同的應(yīng)對(duì)措施，消除了干擾信號(hào)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響，保證了系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)確可靠。

關(guān)鍵詞：自控系統(tǒng) 信號(hào)干擾

中圖分類(lèi)號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）11（a）-0024-01

儀長(zhǎng)線(xiàn)SCADA系統(tǒng)是保證原油輸送生產(chǎn)正常運(yùn)行的重要保障，系統(tǒng)功能包括數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、設(shè)備遠(yuǎn)程操控、設(shè)備安全聯(lián)鎖等。在系統(tǒng)投用后，發(fā)現(xiàn)了部分DI（離散量輸入）信號(hào)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)不一致，并且系統(tǒng)中DI模塊信號(hào)輸入指示燈閃爍頻繁，狀態(tài)指示不穩(wěn)定，指示給操作人員錯(cuò)誤信息，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行帶來(lái)了安全隱患。經(jīng)過(guò)分析、測(cè)試，采用應(yīng)對(duì)措施，最終解決了問(wèn)題。本文對(duì)具體過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 存在問(wèn)題

在SCADA系統(tǒng)投用測(cè)試時(shí)，觀察人機(jī)界面HMI，發(fā)現(xiàn)加熱爐控制系統(tǒng)DI狀態(tài)指示和燃油泵DI狀態(tài)指示在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中來(lái)回頻繁切換，后停運(yùn)加熱爐其DI狀態(tài)正常、停運(yùn)燃油泵其DI狀態(tài)指示依然切換，與實(shí)際狀態(tài)不相符，對(duì)安全生產(chǎn)造成了不便和安全隱患。加熱爐和燃油泵狀態(tài)指示主要有：運(yùn)行/停止、遠(yuǎn)控/就地、故障/正常。經(jīng)過(guò)查詢(xún)HMI事件記錄，加熱爐和燃油泵的幾個(gè)狀態(tài)指示狀態(tài)切換頻繁，干擾了操作人員正常查詢(xún)事件記錄。

2 故障查找

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行分解排查，進(jìn)行逐項(xiàng)分析排查。

信號(hào)處理流程圖如圖1。

通過(guò)流程圖可知，主要可能產(chǎn)生干擾的環(huán)節(jié)分別為①、②、③，分別對(duì)幾個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析與處理。

2.1 SCADA系統(tǒng)單獨(dú)測(cè)試

SCADA系統(tǒng)DI模塊為140DDI35300，該模塊性能參數(shù)如下。

輸入信號(hào)為24 VDC信號(hào)；

接通電平電壓+18～30 VDC；

斷開(kāi)電平電壓-3～+5 VDC；

絕對(duì)最大輸入：①連續(xù)30 VDC，②56 VDC衰減脈沖1.5 ms

響應(yīng)時(shí)間1 ms。

正常使用時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)為無(wú)源觸點(diǎn)，通過(guò)SCADA系統(tǒng)24 VDC檢測(cè)回訊信號(hào)獲取現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)。

將信號(hào)連接電纜從信號(hào)連接端子上解除，采用信號(hào)發(fā)生器給出高電平、短接系統(tǒng)電源高電平與模塊輸入端等方式單獨(dú)對(duì)SCADA系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果證明，SCADA系統(tǒng)對(duì)測(cè)試信號(hào)響應(yīng)正確可靠。說(shuō)明干擾信號(hào)與SCADA系統(tǒng)無(wú)關(guān)聯(lián)。

2.2 對(duì)電纜回路進(jìn)行測(cè)試

核查施工資料顯示電纜敷設(shè)符合規(guī)范，檢查電纜屏蔽層接地符合要求。解開(kāi)電纜芯接線(xiàn)，使用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量電纜芯對(duì)地電壓，加熱爐信號(hào)電纜芯對(duì)地接近無(wú)電壓，燃油泵信號(hào)電纜芯對(duì)地有變動(dòng)較迅速的零至數(shù)十伏交流電壓。

2.3 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試

2.3.1 對(duì)加熱爐信號(hào)測(cè)試

加熱爐停運(yùn)，加熱爐控制回路切斷電源，在設(shè)備端使用信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行測(cè)試，SCADA系統(tǒng)對(duì)測(cè)試信號(hào)響應(yīng)正確可靠。保持加熱爐停運(yùn)，加熱爐控制回路接通電源，HMI狀態(tài)正常。加熱爐運(yùn)行后，即發(fā)生指示信號(hào)切換，說(shuō)明該信號(hào)串?dāng)_現(xiàn)象為設(shè)備運(yùn)行時(shí)引入的。因設(shè)備運(yùn)行需要，加熱爐配置有大功率變頻風(fēng)機(jī)，變頻器控制回路與加熱爐控制回路有信號(hào)聯(lián)接，設(shè)備安裝時(shí)已采取了屏蔽、接地、隔離等防止干擾的措施，使用萬(wàn)用表測(cè)量該干擾電壓難以測(cè)量出電位。經(jīng)分析應(yīng)該是因?yàn)殡姶泡椛?、感?yīng)耦合等原因?qū)е聽(tīng)顟B(tài)信號(hào)電纜芯中產(chǎn)生了短暫的高于SCADA系統(tǒng)DI模塊接通電平的電位。

2.3.2 對(duì)燃油泵信號(hào)進(jìn)行測(cè)試

燃油泵停運(yùn)，燃油泵控制回路切斷電源，在設(shè)備端使用模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，SCADA系統(tǒng)對(duì)模擬信號(hào)響應(yīng)正常。在燃油泵運(yùn)行后，系統(tǒng)即產(chǎn)生了信號(hào)頻繁切換擾動(dòng)。該燃油泵電機(jī)為6 kV等級(jí)，結(jié)合信號(hào)電纜芯對(duì)地有變動(dòng)較迅速的零至數(shù)十伏交流電壓，初步分析應(yīng)是高電壓的交流回路對(duì)SCADA信號(hào)電纜產(chǎn)生了干擾，致使模塊對(duì)該干擾作出了響應(yīng)。

3 處理措施

3.1 加熱爐串?dāng)_信號(hào)處理

經(jīng)測(cè)量，加熱爐變頻器工作時(shí)產(chǎn)生的干擾信號(hào)在模塊絕對(duì)最大輸入范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)模塊造成損壞。通過(guò)波形分析，該串?dāng)_信號(hào)為持續(xù)尖峰信號(hào)。針對(duì)這種情況，因模塊的響應(yīng)時(shí)間極迅速，可使用在SCADA系統(tǒng)中加入信號(hào)濾波處理，消除信號(hào)串?dāng)_，而且不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成影響。通過(guò)修改模塊信號(hào)處理程序，對(duì)所對(duì)應(yīng)的輸入通道加入1s時(shí)間的濾波處理，經(jīng)過(guò)運(yùn)行測(cè)試后，HMI加熱爐信號(hào)串?dāng)_現(xiàn)象消除，因?yàn)V波帶來(lái)的微短時(shí)間信號(hào)延遲不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成不良影響。

3.2 燃油泵信號(hào)干擾處理

經(jīng)測(cè)量，干擾電壓為變動(dòng)的交流電壓，最大約為40 V，超過(guò)了模塊的絕對(duì)最大輸入范圍，雖然擾動(dòng)持續(xù)時(shí)間短，但考慮到設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行，可能會(huì)對(duì)模塊造成損傷，采用模塊信號(hào)濾波的方法不適用。針對(duì)這種干擾，對(duì)信號(hào)采用硬件隔離的方法比較適宜。

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況，選用了使用220 VAC繼電器進(jìn)行隔離，其原理圖如圖2。

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)電壓相對(duì)220 VAC較低，且經(jīng)過(guò)繼電器線(xiàn)圈、電阻等原件消耗，無(wú)法使繼電器閉合?，F(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)有效時(shí)，通過(guò)220 VAC回訊電壓使繼電器閉合，模塊接收標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，輸入正確有效。

系統(tǒng)加入隔離電路后，經(jīng)運(yùn)行測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行良好，原信號(hào)干擾現(xiàn)象消除。

4 結(jié)語(yǔ)

總結(jié)對(duì)干擾信號(hào)的分析、處理措施，小結(jié)如下。

（1）在分析干擾信號(hào)的基礎(chǔ)上，不必增加硬件，通過(guò)軟件編程即可解決信號(hào)顯示不準(zhǔn)確的問(wèn)題。

（2）針對(duì)中間環(huán)節(jié)可能會(huì)產(chǎn)生的干擾，可在設(shè)計(jì)中采用控制信號(hào)電纜與狀態(tài)信號(hào)電纜分開(kāi)，通過(guò)電纜屏蔽層接地消除彼此干擾，在施工中嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，強(qiáng)電電纜與弱電電纜分開(kāi)獨(dú)立敷設(shè)或保持有效距離，不能保證有效距離的按規(guī)范要求在兩類(lèi)電纜間加隔離板。

（3）可采用系統(tǒng)中加入濾波或者硬件隔離的方法進(jìn)行干擾信號(hào)的消除。

通過(guò)實(shí)施上述應(yīng)對(duì)措施，現(xiàn)場(chǎng)的干擾信號(hào)得到了有效處理，現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行正?？煽俊？偨Y(jié)以上對(duì)干擾信號(hào)的查找、分析和處理等相關(guān)工作，可對(duì)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中的自控系統(tǒng)干擾問(wèn)題的處理提供經(jīng)驗(yàn)。