化肥廠DCS系統(tǒng)的抗干擾措施

摘 要：以青海鹽湖股份公司化工分公司化肥廠二車(chē)間的三套S7-400H DCS系統(tǒng)和四套ITCC系統(tǒng)為例，對(duì)系統(tǒng)在建設(shè)過(guò)程中采用的抗干擾發(fā)放進(jìn)行了簡(jiǎn)介。

關(guān)鍵詞：化肥廠；DCS系統(tǒng)；抗干擾

現(xiàn)代大型化工廠工藝復(fù)雜程度越來(lái)越高，對(duì)控制的精度和要求也越來(lái)越高。盡管DCS模塊在設(shè)計(jì)及制造中采用標(biāo)準(zhǔn)化集成電路為基本單元的電子裝置，在設(shè)計(jì)和制造時(shí)已經(jīng)采取了一系列的隔離和抗干擾措施，但仍然無(wú)法完全避免各類(lèi)干擾源。如果無(wú)法處理或隔離這類(lèi)干擾源，輕則會(huì)發(fā)生控制系統(tǒng)失靈，控制精度達(dá)不到要求。重則會(huì)發(fā)生燒毀通道甚至損壞機(jī)柜內(nèi)模塊的情況。所以，國(guó)標(biāo)《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范GB50174-2008》對(duì)DCS機(jī)柜間設(shè)計(jì)、安裝、防靜電、防雷接地、防電磁干擾都做出了具體要求。文章以青海鹽湖股份公司化工分公司化肥廠二車(chē)間為例，介紹了從項(xiàng)目建設(shè)時(shí)期到試車(chē)期間DCS系統(tǒng)所采用的抗干擾措施和方法。

1 機(jī)柜間及主控室靜電危害與消除

（1）靜電危害：靜電主要是由兩種不同起電序列的物體通過(guò)摩擦、碰撞、剝離等方式在接觸又分離之后在一種物體積聚正電荷，另一種物體上積聚等量負(fù)電荷而形成的。靜電感應(yīng)、壓電效應(yīng)、電磁輻射感應(yīng)也可以產(chǎn)生很高的靜電電壓。在機(jī)房中，人是最主要的移動(dòng)靜電源。據(jù)測(cè)算，人行走時(shí)，膠底鞋與地板摩擦所產(chǎn)生的靜電電壓高達(dá)5000V，化纖衣物與工作臺(tái)摩擦產(chǎn)生的靜電高達(dá)800V。一般條件下，機(jī)房?jī)?nèi)相對(duì)濕度保持在50%±5%。低于此值時(shí)，就可能產(chǎn)生靜電故障。西北地區(qū)相對(duì)干燥，濕度在30%以下，故障率會(huì)顯著增加。靜電對(duì)計(jì)算機(jī)硬件和系統(tǒng)軟件都可能較大危害。靜電對(duì)機(jī)房計(jì)算機(jī)系統(tǒng)造成的危害主要表現(xiàn)在以下方面：磁盤(pán)讀寫(xiě)失敗，通訊中斷，而且可能導(dǎo)致某些電氣元件，電路板、雙極性電路的擊穿或燒毀。此外靜電對(duì)計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備也有明顯的影響，靜電引起的問(wèn)題不僅硬件人員很難查出，有時(shí)工作人員還會(huì)誤認(rèn)為是軟件故障，從而造成工作混亂。靜電累計(jì)到一定程度對(duì)人或計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備進(jìn)行放電時(shí)，也會(huì)給人以觸電的感覺(jué)。

（2）防靜電措施：消除機(jī)柜間靜電的經(jīng)典措施主要是控制柜間的濕度，有效的接地以及安裝防靜電地板。衡量防靜電地板的主要指標(biāo)有系統(tǒng)電阻、靜電電壓及表面電阻。系統(tǒng)電阻是從地板表面至大地的絕緣電阻，為了防止靜電荷的沉淀，電阻阻值應(yīng)為106～109Ω。機(jī)柜間靜電電壓一般認(rèn)為溫度在21±5℃，相對(duì)濕度為30%時(shí)，地板的靜電電壓值應(yīng)低于2500V。這里我們使用全鋼防靜電地板以及M型等電位連接接地的方式.防靜電地板也叫耗散靜電地板，當(dāng)它接地或連接到任何較低電位點(diǎn)時(shí)，電荷可以快速耗散，地板表面絕緣電阻值為105～109Ω。這種地板采用防靜電瓷磚作為面層，復(fù)合全鋼地板或水泥刨花層、地板四周導(dǎo)電膠條封邊而成。具有防靜電性能穩(wěn)定、環(huán)保、防火、高耐磨、高壽命、高承載、防水、防潮等優(yōu)點(diǎn)，適用于各類(lèi)機(jī)房。防靜電地板四角用金屬支架支撐，在金屬支架下敷設(shè)25mm2的銅帶，按照地板寬度敷設(shè)邊長(zhǎng)為0.6M的矩形網(wǎng)格，網(wǎng)格四周設(shè)置有等電位連接帶，并通過(guò)等電位連接導(dǎo)體將等電位連接帶與匯流排連接在一起，匯流排則與建筑物接地網(wǎng)相連，接地網(wǎng)的電阻小于1Ω。

2 電源及信號(hào)傳輸過(guò)程中的干擾源

儀表的發(fā)展在經(jīng)歷了基地式儀表、單元組合式儀表、以微處理器為單元的智能型儀表幾個(gè)階段。目前，工廠內(nèi)所使用的絕大部分檢測(cè)和控制儀表多使用二線(xiàn)制智能變送器、定位器。它們所使用的電源為系統(tǒng)提供的24VDC電源。在實(shí)際使用中，電網(wǎng)提供220VAC或380VAC電源。交流電源經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電源的變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表提供穩(wěn)定的24VDC電源。其中，整流的作用是利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，將正?fù)交替的正弦交流電壓整流成單方向的脈動(dòng)電壓；然后經(jīng)過(guò)濾波，濾波器由電容、電感等儲(chǔ)能元件組成，它的作用是盡可能將單向脈沖電壓中脈動(dòng)成分過(guò)濾掉，使輸出電壓成為比較平穩(wěn)的直流電壓；最后進(jìn)入穩(wěn)壓電路維持輸出電壓的穩(wěn)定。

在電源和信號(hào)傳輸過(guò)程中我們采用本安型總屏+分屏式儀表電纜。這種電纜的特點(diǎn)是具有低電容和低電感，并具有極好的屏蔽性能和抗干擾性能。主要用于有防爆要求場(chǎng)合的集散式控制系統(tǒng)和自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)等電路中做傳輸線(xiàn)纜。本安電纜對(duì)靜電干擾的屏蔽采用鋼帶銅絲編織來(lái)克服，鋼帶銅絲覆蓋面積約為90%，干擾減少比可達(dá)到376：1。本安電纜的電磁干擾不能像靜電干擾般簡(jiǎn)單的消除，這里一般的方法是采用雙絞線(xiàn)來(lái)減少電磁干擾。通常采用1～2寸的絞距，絞距太小，使用不方便。其電磁感應(yīng)減少比可達(dá)141：1。這里使用的屏蔽雙絞線(xiàn)效果更佳。

3 電氣信號(hào)的隔離與屏蔽

DCS系統(tǒng)用電采用220VAC市電和UPS兩路電源同時(shí)供電。交流電源的特點(diǎn)是供電干擾大，傳輸距離長(zhǎng)。DCS系統(tǒng)使用的交流電源，從變電所輸出至UPS室，經(jīng)整流濾波變?yōu)?20V直流電，一路直流電給蓄電池供電，經(jīng)過(guò)逆變后做UPS備用電源。另一路電源經(jīng)過(guò)逆變后變?yōu)?20V交流電直接供給系統(tǒng)做主電源。在經(jīng)過(guò)整流和濾波后，就將交流電源的干擾降至很低。

在電源輸送過(guò)程中為了克服電源對(duì)信號(hào)電纜的干擾，這里采用的電纜通過(guò)電氣橋架進(jìn)入主控室，而在主控室內(nèi)則采用鍍鋅穿線(xiàn)管沿金屬匯線(xiàn)槽敷設(shè)。金屬管屏蔽的干擾減少比可達(dá)8850：1。而各系統(tǒng)柜之間的供電電源敷設(shè)的要求為：當(dāng)220VAC，電流≥10A電源線(xiàn)與儀表信號(hào)線(xiàn)纜交叉時(shí)，間距不小于150mm；平行敷設(shè)時(shí)，間距不小于600mm。

對(duì)于從電氣控制柜來(lái)的信號(hào)，這里我們采用繼電器隔離的方法。出于安全方面考慮，設(shè)計(jì)為干接點(diǎn)信號(hào)。若采用有源信號(hào)，有非常大可能性導(dǎo)致高電壓、高電流的串入。輕則導(dǎo)致卡件及通道燒壞，重則導(dǎo)致系統(tǒng)損壞。DCS機(jī)柜給繼電器提供24V電源，電氣過(guò)來(lái)的DI信號(hào)接在繼電器的常開(kāi)或常閉觸點(diǎn)上。DCS送至電氣的DO信號(hào)，將控制信號(hào)接在繼電器線(xiàn)圈上，當(dāng)繼電器線(xiàn)圈通電后經(jīng)過(guò)較小的電流，而繼電器鐵芯會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的吸合力，帶動(dòng)觸點(diǎn)接通。使得觸點(diǎn)能通過(guò)較大電流控制現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)的運(yùn)行。從而達(dá)到以小電流控制大電流的目的。即使電路出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流等現(xiàn)象，也只是繼電器燒壞。

4 系統(tǒng)接地保護(hù)

所有DCS機(jī)柜、操作臺(tái)都有保護(hù)接地和屏蔽接地。保護(hù)接地是為了防止電氣設(shè)備的金屬外殼、配電裝置的構(gòu)架和線(xiàn)路等帶電危及人身和設(shè)備安全而進(jìn)行的接地。具體做法是將機(jī)柜上可能帶電的電氣金屬部分用導(dǎo)線(xiàn)與接地體可靠連接起來(lái)的一種保護(hù)接線(xiàn)方式。屏蔽是指用金屬（屏蔽體）把電場(chǎng)和磁場(chǎng)等外界干擾源阻止在受干擾物之外。我們將所有本安屏蔽電纜的屏蔽層都接在機(jī)柜的接地銅排上，通過(guò)接地銅排接至機(jī)房匯流排上接入接地網(wǎng)。整個(gè)接地網(wǎng)的阻止不大于4Ω。這里我們是在主控室一側(cè)做系統(tǒng)單點(diǎn)接地，施工中需要注意屏蔽層的連續(xù)性。若采用兩點(diǎn)接地，需注意兩端接地體必須在同一平面上，即電位一致。若接地兩端電位不一致，則會(huì)在屏蔽層中產(chǎn)生一個(gè)附加電流，這個(gè)附加電流將在屏蔽電纜中產(chǎn)生干擾電壓。一般來(lái)說(shuō)，儀表及控制系統(tǒng)信號(hào)大多屬于低頻信號(hào)，低頻信號(hào)的原則就是單點(diǎn)接地，以避免形成回路。

5 結(jié)束語(yǔ)

上述防干擾方法的應(yīng)用，使系統(tǒng)處于可靠穩(wěn)定的狀態(tài)，減少了故障發(fā)生的幾率，為持續(xù)不間斷生產(chǎn)提高了保障。

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作者簡(jiǎn)介：高劍（1986，7-），男，漢族，助理工程師，自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，本科學(xué)歷，工學(xué)學(xué)士。