DCS系統(tǒng)常見電磁干擾及其抑制措施分析

史新濤

摘 要：隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，DCS系統(tǒng)在我國眾多行業(yè)中得到非常廣泛的應(yīng)用，不過其中存在的復(fù)雜多變的具有隨機(jī)性的電磁干擾問題并未引起足夠的關(guān)注。本文分析了DCS系統(tǒng)在工程應(yīng)用中產(chǎn)生電磁干擾的原因，并指出抗干擾的相應(yīng)措施，有利于系統(tǒng)的研發(fā)和相關(guān)人員的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：DCS系統(tǒng) 電磁干擾 抑制措施

中圖分類號：TS736 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（a）-0005-01

DCS系統(tǒng)是在微處理器的基礎(chǔ)上按照控制功能分散、顯示操作集中和綜合協(xié)調(diào)設(shè)計的要求所設(shè)計的新一代儀表控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)融合了計算機(jī)、通訊、控制和顯示等科技，并且在我國的核電、火電、石化、化工、冶金等諸多領(lǐng)域的普遍應(yīng)用。提高了所在領(lǐng)域的生產(chǎn)效率，使我國的自動化水平得到了整體的快速提高。不過DCS系統(tǒng)中的電磁兼容問題影響了工業(yè)使用的儀表、電源和較為敏感的傳感器等設(shè)備工作是否可靠的問題，因此，隨著我國自動化體系的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，DCS中所存在電磁干擾問題必須引起足夠的重視。對DCS系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾的原因分析和提出相應(yīng)的抑制措施對該系統(tǒng)的應(yīng)用是非常有利的。

1 DCS系統(tǒng)發(fā)展

DCS系統(tǒng)是分散控制系統(tǒng)的簡稱，具有分散控制、集中操作、危險分散、配置靈活的特點(diǎn)。從20世紀(jì)中期首套DCS系統(tǒng)問世之后，便在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重大的作用，被普遍運(yùn)用在石化、造紙、冶金等眾多行業(yè)。

DCS系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)自動化控制的核心，體現(xiàn)著自動化控制技術(shù)和通訊技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用的水平。最早的DCS系統(tǒng)是由日本和美國的公司分別研發(fā)出來并投入工業(yè)使用取得成功的，此后許多國家的自動化企業(yè)也進(jìn)入了該系統(tǒng)開發(fā)的行列。在經(jīng)濟(jì)全球化的現(xiàn)代，為縮小在技術(shù)方面與現(xiàn)代化國家的差距，我國也在推廣國產(chǎn)的DCS系統(tǒng)。

DCS系統(tǒng)一般采用分層控制，不同的層存在對應(yīng)的通訊協(xié)議，最底層則為儀表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。現(xiàn)代PLC系統(tǒng)和DCS等系統(tǒng)融合在一起，各個系統(tǒng)間的通訊規(guī)則也都有國家的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

2 DCS系統(tǒng)電磁干擾源分析

在對DCS系統(tǒng)實(shí)際工作的不斷研究中發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的電磁干擾源主要源于控制系統(tǒng)的內(nèi)部干擾和工作環(huán)境的外部干擾，主要包括四個部分。

2.1 輻射造成的干擾

由于電器設(shè)備和電力網(wǎng)絡(luò)的暫態(tài)問題以及無線點(diǎn)播和高頻感應(yīng)加熱設(shè)備所產(chǎn)生的高頻電磁波，使電子設(shè)備處在電場和磁場的包圍中而對其產(chǎn)生干擾，通常叫做輻射干擾，它的分布具有很大的隨機(jī)性。一方面，輻射可以直接作用在電路上來影響DCS系統(tǒng)內(nèi)部從而產(chǎn)生干擾；另一方面，輻射也能夠影響通訊網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致感應(yīng)機(jī)理破壞而產(chǎn)生干擾。

2.2 電源內(nèi)部原因造成的干擾

電源的濾波功能欠佳、內(nèi)部的電壓浮動較大等原因引起DCS系統(tǒng)發(fā)生故障的事例有許多，在調(diào)試中也經(jīng)常碰到，在用性能良好的DCS電源時，此類問題才迎刃而解。

DCS系統(tǒng)通常使用電源來自與電網(wǎng)。但是電網(wǎng)由于分布范圍很大、有較大的電力設(shè)施的啟停、電網(wǎng)中發(fā)生短路時的暫態(tài)沖擊等原因容易受到空間電磁干擾而在線路中產(chǎn)生感應(yīng)的電壓和電流，從而干擾DCS系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)需要使用隔離電源，不過因為結(jié)構(gòu)和工藝的原因往往并不能達(dá)到預(yù)期的隔離性能。事實(shí)上，絕對程度上的隔離是理想化的。

2.3 信號線引入造成的干擾

傳輸各種有效信號的大量信號傳輸線和DCS系統(tǒng)相連，在傳輸信號的同時，也必然會侵入外部的干擾信號。信號傳輸線在空間電磁輻射的作用下，上面的外部干擾是非常嚴(yán)重的。信號所帶來的干擾會導(dǎo)致輸入、輸出信號端口不能正常工作，對事物的測量精度也會大幅度下降，在某些情況下也可能造成元件壽命的折損。如果系統(tǒng)的隔離能力比較低，也會引起信號之間相互作用，導(dǎo)致供地系統(tǒng)總線回流而發(fā)生死機(jī)等。事實(shí)證明，DCS系統(tǒng)由于采用了信號線所帶來的干擾使大量的I/O模塊損傷，因此，引起系統(tǒng)不能正常工作的事故也有許多。

2.4 接地系統(tǒng)混亂造成的干擾

接地是DCS系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提條件。準(zhǔn)確無誤的接地方法可以有效的抑制電磁干擾的作用，而錯誤的接地則會引入強(qiáng)烈的干擾信號，破壞DCS系統(tǒng)的正常運(yùn)行。DCS系統(tǒng)的接地包括安全地、交流地、信號地和邏輯地等。正確的接地系統(tǒng)能夠在供電設(shè)備或者控制設(shè)備發(fā)生問題時，將較大的電流快速的排放到大地，很好的屏蔽DCS系統(tǒng)。接地混亂則會使不同接地點(diǎn)的電位分布差別較大，造成地環(huán)路電流，影響DCS系統(tǒng)工作的可靠性。

3 DCS系統(tǒng)電磁干擾的抑制措施

DCS系統(tǒng)電磁干擾的原因有許多種，它們都會破壞系統(tǒng)的正常工作，所以在設(shè)計系統(tǒng)和調(diào)試時必須采取一定的方法來抑制這些干擾，針對以上的干擾提出相應(yīng)的抑制措施。

電磁場的不同頻率有可能影響到空間輻射，可以設(shè)置屏蔽電纜和DCS局部屏蔽來消除，其中雙絞線的屏蔽電纜是一種有效的解決辦法；對于電網(wǎng)系統(tǒng)的干擾，可以采用不間斷供電電源的供電結(jié)構(gòu)，其中低通濾波器能夠過濾高頻率的干擾信號；與DCS系統(tǒng)相連的信號線，應(yīng)經(jīng)過可靠的屏蔽和接地等來加以處理，比如采用屏蔽電纜等方法；將電纜屏蔽層兩端部分接地，能夠構(gòu)造成地環(huán)路，這種方法中的電流在傳遞過程中有可能干擾到信號增強(qiáng)接地系統(tǒng)的可靠性。

4 結(jié)語

經(jīng)過對DCS系統(tǒng)常見有關(guān)問題的分析及其相應(yīng)抑制措施的分析，可以看到為了增強(qiáng)系統(tǒng)抵抗影響的能力，需要采取相應(yīng)的抑制措施。將這些措施用于工程實(shí)踐中，可以為系統(tǒng)設(shè)計等提供參考。

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