藥廠空調(diào)DCS自控系統(tǒng)抗干擾措施分析

唐準(zhǔn) 彭淦平

摘要：為滿足GMP要求，制藥企業(yè)普遍采用空調(diào)自控DCS凈化系統(tǒng)，空調(diào)控制系統(tǒng)的運(yùn)行往往受到許多干擾 ，因此 ，分析藥廠空調(diào)控制系統(tǒng)的抗干擾措施就顯得很重要。

關(guān)鍵詞：藥廠；空調(diào)DCS自控；抗干擾

前言

近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和藥品法規(guī)GMP的不斷實(shí)施，凈化空調(diào)自控系統(tǒng)逐漸成為制藥環(huán)節(jié)中至關(guān)重要的一環(huán)。然而許多藥廠在自控設(shè)計(jì)和施工中并沒(méi)有考慮到自控系統(tǒng)抗干擾環(huán)節(jié)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性大大降低，存在空調(diào)系統(tǒng)停運(yùn)和提供不合格空氣的可能，直接影響到藥品的質(zhì)量。因此，分析適用藥廠空調(diào)自控系統(tǒng)尤其是得到廣泛應(yīng)用的DCS系統(tǒng)中各種干擾產(chǎn)生的原因和影響及其對(duì)應(yīng)措施對(duì)藥廠空調(diào)自控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，保證了藥品生產(chǎn)環(huán)境具有重要的意義。

1.藥廠空調(diào)自控系統(tǒng)常見(jiàn)干擾及來(lái)源

1.1 接地干擾

接地是防止干擾和抑制噪聲的重要手段。DCS控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、交流地、保護(hù)地和屏蔽地等。正確的接地，不僅可以抑制電磁干擾的影響，還能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾。但是一旦出現(xiàn)接地混亂將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生環(huán)路電流的情況，造成DCS系統(tǒng)經(jīng)常不明原因的“死機(jī)”或信號(hào)數(shù)據(jù)失真。

1.2 電網(wǎng)干擾。

藥廠空調(diào)自控系統(tǒng)普遍采用直接電網(wǎng)供電方式,由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，電網(wǎng)上各種大型電源設(shè)備的起停、操作浪涌、短路暫態(tài)波動(dòng)、交直流傳動(dòng)裝置引起的高次諧波甚至是雷電等都會(huì)在線路造成電磁干擾,給系統(tǒng)造成極大的危害，引起空調(diào)自控系統(tǒng)的誤動(dòng)作或失控，甚至引起現(xiàn)場(chǎng)控制器DDC死機(jī)。

1.3變頻器干擾

變頻器是藥廠空調(diào)自控系統(tǒng)常用設(shè)備，且數(shù)量眾多，DCS系統(tǒng)中變頻器與現(xiàn)場(chǎng)控制器DDC的應(yīng)用非常普遍。變頻器是利用電力電子半導(dǎo)體器件的頻繁快速通斷實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的頻率變換的，整流電路和逆變電路使得變頻器的輸入側(cè)和輸出側(cè)的電壓、電流都含有豐富的諧波，造成電網(wǎng)波形的畸變，【1】從而將干擾引入DCS系統(tǒng)中。另外，變頻器的輸出還會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射干擾，影響周邊設(shè)備的正常工作。

1.4信號(hào)線干擾

藥廠空調(diào)現(xiàn)場(chǎng)到計(jì)算機(jī)主機(jī)的連線往往長(zhǎng)達(dá)數(shù)百米。長(zhǎng)線傳輸信號(hào)時(shí)，信號(hào)線容易受到直接空間電磁輻射感應(yīng)干擾，和通過(guò)傳感器、變送器和現(xiàn)場(chǎng)控制器供電電源串入的電網(wǎng)干擾，嚴(yán)重時(shí)甚至引起元器件損壞。另外，高速度變化的信號(hào)在長(zhǎng)線傳輸中還會(huì)出現(xiàn)波反射現(xiàn)象，影響通訊質(zhì)量。

2.空調(diào)自控干擾的抑制措施

2.1接地干擾的抑制措施

良好的接地是保證空調(diào)自控DCS系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要保證。接地系統(tǒng)應(yīng)考慮以下三個(gè)部分:a.供電返回;b.模擬信號(hào)參考;c.機(jī)柜和外殼。這3部分都有一個(gè)自己的公共接地點(diǎn)，且相互間絕緣隔離，然后他們?cè)俜謩e接至系統(tǒng)的參考地。從而確保系統(tǒng)即使受到干擾，系統(tǒng)各部分仍將在同一個(gè)相對(duì)電位點(diǎn)上，在干擾期間和干擾后都能正常運(yùn)行。如對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，必須遵循單點(diǎn)接地的原則，防止過(guò)程通道引入的干擾。

2.2電網(wǎng)干擾的抑制措施

對(duì)于DCS來(lái)說(shuō),電源引入的干擾占很大份量,因此著眼從電源設(shè)防是很重要的?！?】對(duì)于藥廠空調(diào)自控電源來(lái)說(shuō)，一般采用以下三種方法來(lái)抑制電網(wǎng)對(duì)其的干擾。

（1）性能可靠的UPS電源對(duì)于抑制電源干擾具有良好的效果。選用在線的UPS使供電通過(guò)逆變器與交流電網(wǎng)完全隔離，提高電源品質(zhì)。UPS的應(yīng)用不僅在電源隔離方面起到良好的抗干擾作用，而且還能提供不間斷電源，在滿足安全可靠性要求方面也起到了良好的效果。在電源的輸入輸出端裝設(shè)瞬變電壓抑制器可抑制浪涌電流干擾，有效地進(jìn)行防雷保護(hù)。

（2）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的供電應(yīng)盡可能用同一UPS供電。藥廠空調(diào)自控現(xiàn)場(chǎng)用的最多的設(shè)備是現(xiàn)場(chǎng)控制器、各種傳感器和閥門(mén)執(zhí)行器，這些設(shè)備應(yīng)盡可能采用同一UPS供電。另外，在電源輸入端加裝濾波電路是消除高頻干擾和共模干擾的有效辦法。

（3）注意電源線的抗干擾措施。DCS主機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與UPS之間的供電線路應(yīng)采取相應(yīng)措施以減少線路損失,防止因各種干擾導(dǎo)致電壓波形畸變。此外，在 UPS進(jìn)出線路之間，供電線路與信號(hào)線路之間也應(yīng)該進(jìn)行屏蔽和隔離。這些措施可以有效地減少干擾信號(hào)的耦合，保證正常電源供電。

2.3變頻器干擾的抑制措施

對(duì)于空調(diào)自控系統(tǒng)內(nèi)部的變頻器干擾問(wèn)題主要采取抑制來(lái)自變頻器內(nèi)部的干擾信號(hào)的方法。主要采用以下兩種方法：

(1) 加裝EMI濾波器，在變頻器的輸入和輸出電流中的高次諧波分量除了能對(duì)其他設(shè)備進(jìn)行干擾外，還會(huì)消耗了大量的無(wú)功功率，使線路的功率因數(shù)大大降低。因此在變頻器與空調(diào)風(fēng)機(jī)電機(jī)之間、變頻器與電源之間分別加裝EMI濾波器是抑制高次諧波的有效方法。由電感線圈構(gòu)成的輸出濾波器不僅起到抑制干擾的效果，而且能夠減少空調(diào)風(fēng)機(jī)電機(jī)中由高次諧波電流引起的附加轉(zhuǎn)矩。

(2) 屏蔽干擾源，為了不讓變頻器電磁干擾泄露，除變頻器本身采取屏蔽措施外，在變頻器和風(fēng)機(jī)電機(jī)之間的電纜還應(yīng)穿鋼管鋪設(shè),周?chē)舾须娮釉O(shè)備和線路也要進(jìn)行屏蔽處理,避免輻射干擾。

2.4信號(hào)線干擾的抑制措施

藥廠空調(diào)自控系統(tǒng)中運(yùn)用到各種類型的信號(hào)，如風(fēng)閥執(zhí)行器控制選用0-10V電壓信號(hào)，皮托管風(fēng)速儀輸入信號(hào)選用4-20mA電流信號(hào)。這些信號(hào)線在傳輸過(guò)程中會(huì)受到各種干擾，干擾通過(guò)信號(hào)線傳輸進(jìn)入主機(jī)或是現(xiàn)場(chǎng)控制器等，引起控制系統(tǒng)異常，因此阻斷干擾也應(yīng)當(dāng)從信號(hào)線考慮，進(jìn)行如下兩點(diǎn)設(shè)防。

（1）合理配線，隔離干擾。合理配線是防止干擾通過(guò)耦合傳輸進(jìn)入系統(tǒng)的有效方法。一般在施工中要注意信號(hào)線與動(dòng)力線要盡可能垂直，最好是平行走向，穿管敷設(shè)時(shí)兩者必須分開(kāi)安放在不同管內(nèi)，同一多芯電纜內(nèi)不宜設(shè)置不同種類的信號(hào)等，這些措施可以有效地減少干擾信號(hào)的耦合。采用雙絞線傳輸也是一個(gè)有效的方法。

（2）信號(hào)在長(zhǎng)線傳輸中需要一定的時(shí)間，若存在一瞬變信號(hào)，其變化的時(shí)間小于傳輸時(shí)延，則將引起反射現(xiàn)象。這種反射現(xiàn)象會(huì)在很大程度上影響到信號(hào)的通訊質(zhì)量。設(shè)計(jì)中如果根據(jù)傳輸線的特性阻抗進(jìn)行匹配就能抑制或消除這種反射現(xiàn)象。

3.結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，很多制藥企業(yè)雖然不惜投入資金用于改造自已企業(yè)的空調(diào)自控制系統(tǒng)，但是效果卻差強(qiáng)人意，因此，藥廠空調(diào)DCS控制系統(tǒng)中的干擾是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，對(duì)不同情況應(yīng)用對(duì)癥下藥地分析，采取合適有效的方法，才能夠使藥廠空調(diào)DCS控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)正常有序的運(yùn)行。

4.參考文獻(xiàn)

[1] PLC的抗干擾與可靠性分析 [J].工業(yè)技術(shù).,2013,15:97-98

[2] 王智 張毅. DCS抗干擾和接地設(shè)計(jì)若干問(wèn)題的討論[J].石油化工自動(dòng)化.,2003,5:98-100