水泥工業(yè)DCS控制系統(tǒng)的抗干擾措施探討

方秋琳

（華潤(rùn)水泥（南寧）有限公司 廣西南寧 530000）

水泥工業(yè)DCS控制系統(tǒng)的抗干擾措施探討

方秋琳

（華潤(rùn)水泥（南寧）有限公司 廣西南寧 530000）

幾年來(lái)我國(guó)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度越來(lái)越快，推動(dòng)著工業(yè)的迅速發(fā)展，尤其是在水泥工業(yè)的控制過(guò)程中，DCS的應(yīng)用十分廣泛，并且受到高度關(guān)注，這項(xiàng)系統(tǒng)屬于工業(yè)控制系統(tǒng)之一，對(duì)工業(yè)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)、安全生產(chǎn)等影響較大，這一系統(tǒng)所具備的抗干擾功能已經(jīng)成為了維護(hù)工業(yè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。本文首先分析了工業(yè)控制系統(tǒng)中的干擾來(lái)源，進(jìn)一步研究抗干擾的相關(guān)措施，確保工業(yè)生產(chǎn)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

水泥工業(yè)；DCS系統(tǒng)；抗干擾；穩(wěn)定運(yùn)行

前言

水泥行業(yè)支撐著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的一大來(lái)源，尤其是在科技迅猛發(fā)展的背景下，使得水泥行業(yè)不管是生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)技術(shù)，還是產(chǎn)品質(zhì)量、品種等均得到大幅度發(fā)展。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，電氣設(shè)備的控制已經(jīng)從陳舊的繼電控制，逐步發(fā)展成為目前的DCS系統(tǒng)控制。但是，在這個(gè)控制系統(tǒng)中，由于會(huì)受到多方面因素的影響，使系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行受到一定的干擾，特別是在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，難以充分發(fā)揮DCS系統(tǒng)的控制作用，所以，解決一切干擾系統(tǒng)運(yùn)行的因素，十分必要。

1 分析干擾DCS系統(tǒng)運(yùn)行的來(lái)源

1.1 系統(tǒng)的外引線引起干擾

（1）接地系統(tǒng)出現(xiàn)混亂，出現(xiàn)干擾問(wèn)題。一般情況下，在實(shí)際工作過(guò)程當(dāng)中會(huì)采取接地方式來(lái)增強(qiáng)電子設(shè)備的電磁兼容性，不科學(xué)的接地方式就會(huì)使得系統(tǒng)信號(hào)受到嚴(yán)重干擾，進(jìn)而使得系統(tǒng)的可靠運(yùn)行受到直接影響。若電氣設(shè)備的接地出現(xiàn)混亂，則各個(gè)接地點(diǎn)間就會(huì)存在一定的電位差而出現(xiàn)環(huán)路電流，例如電纜屏蔽層的接地點(diǎn)為一點(diǎn)，若屏蔽層的兩端都出現(xiàn)接地情況，那么就會(huì)出現(xiàn)電位差導(dǎo)致電流從屏蔽層流過(guò)，設(shè)備在這種狀態(tài)下運(yùn)行，一旦有雷擊現(xiàn)象發(fā)生，就會(huì)增加地線的電流，很可能燒壞設(shè)備。此外，接地線和地表、屏蔽層之間極易形成閉合回路，當(dāng)設(shè)備受到磁場(chǎng)變化因素影響的時(shí)候，屏蔽層會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電，就會(huì)干擾到系統(tǒng)信號(hào)。若接地的方式處理不妥善，同一地線上很容易分布不同程度的差異電位，進(jìn)而對(duì)給DCS系統(tǒng)的內(nèi)邏輯或者模擬電路等帶來(lái)不利。

（2）電源干擾。DCS的控制系統(tǒng)正常運(yùn)行需要電網(wǎng)給予供電，電網(wǎng)覆蓋的面積十分廣泛，極有可能遭受空間電磁干擾，此外，若電網(wǎng)發(fā)生內(nèi)部變化，例如開關(guān)操作浪涌，或大型設(shè)備啟停以及電網(wǎng)短路等，都會(huì)傳送到電源原邊，DCS系統(tǒng)的電源大多采取隔離電源，但是如果制造工藝較差就會(huì)降低其隔離性能，使得控制系統(tǒng)受到電源原邊傳來(lái)的電源干擾。

（3）信號(hào)線干擾。DCS的控制系統(tǒng)需要與各類信號(hào)線連接，這些信號(hào)線在對(duì)系統(tǒng)傳輸有效信息的同時(shí)，還有可能將外部的一些干擾信號(hào)帶入系統(tǒng)，造成干擾問(wèn)題。干擾信號(hào)的侵入途徑有兩種：①通過(guò)系統(tǒng)變速器的供電電源侵入；②與系統(tǒng)共用同一個(gè)信號(hào)儀表供電電源，使得系統(tǒng)容易收到電網(wǎng)干擾，一般情況下后者常常受到工作人員的重視。當(dāng)信號(hào)線遭受空間外部感應(yīng)的干擾時(shí)，信號(hào)線也會(huì)引入干擾，從而對(duì)I/O信號(hào)造成影響，而且還會(huì)降低信號(hào)測(cè)量精度，嚴(yán)重時(shí)甚至損傷元器件；若水泥生產(chǎn)過(guò)程中采用的系統(tǒng)隔離性較差，則信號(hào)之間也會(huì)產(chǎn)生相互干擾的情況，使得共地系統(tǒng)出現(xiàn)總線回流。如果這類干擾問(wèn)題沒(méi)有得到及時(shí)處理，則系統(tǒng)的邏輯數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)變化，或者發(fā)生死機(jī)、誤動(dòng)等。

1.2 受空間的輻射干擾

由于受到雷電、電力網(wǎng)絡(luò)、雷達(dá)或者高頻感應(yīng)設(shè)備等因素的影響，使得水泥生產(chǎn)過(guò)程中形成一定的輻射電磁場(chǎng)，即輻射干擾；若DCS系統(tǒng)處于射頻場(chǎng)時(shí)必然受其干擾?？臻g輻射干擾對(duì)DCS系統(tǒng)造成的影響有兩種：①內(nèi)部輻射干擾，通過(guò)電路感應(yīng)而形成；②經(jīng)通信線路感應(yīng)而引入干擾；DCS系統(tǒng)的輻射干擾和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置的情況、設(shè)備形成電磁場(chǎng)的大多有密切的關(guān)聯(lián)，這種輻射通常可以采用DCS系統(tǒng)的局部屏蔽、屏蔽電纜等方式來(lái)解決。

1.3 來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部干擾

系統(tǒng)內(nèi)部造成的干擾是指系統(tǒng)的內(nèi)部元件與各電路受到電磁輻射作用下形成干擾，例如邏輯電路的輻射干擾以及對(duì)模擬電路的干擾等，均屬于DCS系統(tǒng)內(nèi)部干擾，對(duì)水泥企業(yè)而言，這類干擾難以消除，所以選擇一些運(yùn)行效率較好的系統(tǒng)會(huì)降低干擾帶來(lái)的影響。

2 對(duì)DCS系統(tǒng)的抗干擾措施

2.1 電纜的選擇、敷設(shè)應(yīng)當(dāng)科學(xué)合理

在水泥生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，為了使動(dòng)力電纜的輻射干擾盡可能減至最低，尤其是變頻裝置的饋線電纜所造成的干擾，應(yīng)當(dāng)選擇銅帶的鎧裝來(lái)對(duì)電力電纜進(jìn)行屏蔽。同時(shí)對(duì)于類型不同的信號(hào)，要選擇相應(yīng)電纜來(lái)傳輸，不可混合傳輸，造成信號(hào)混亂。在敷設(shè)信號(hào)電纜的過(guò)程中需要按照傳輸信號(hào)的種類來(lái)進(jìn)行分層敷設(shè)，不可集中于一層，此時(shí)還應(yīng)注意的是不可以借助同一個(gè)電纜的導(dǎo)線，同時(shí)傳送信號(hào)和動(dòng)力電源。

2.2 選擇使用抗干擾能力強(qiáng)的設(shè)備

在選擇設(shè)備的時(shí)候：①選擇使用抗干擾能力強(qiáng)的設(shè)備，這里所說(shuō)的抗干擾能力包括了對(duì)電磁的兼容性，特別要選擇使用抗外源干擾力強(qiáng)的設(shè)備。例如選擇采用隔離性能較高的DCS系統(tǒng)、浮地技術(shù)等；②抗干擾設(shè)備的應(yīng)用還需借助其生產(chǎn)廠商提供的抗干擾指標(biāo)來(lái)選擇，例如設(shè)備的差模擬、共模擬制比以及在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境中允許的最大電場(chǎng)強(qiáng)度、最高頻率等；③需參考這類設(shè)備在在類似的工作中創(chuàng)下的實(shí)際績(jī)效；④選擇一些國(guó)外進(jìn)口的設(shè)備產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)當(dāng)要注意其電網(wǎng)制式，因?yàn)槲覈?guó)電網(wǎng)的內(nèi)阻較大，零點(diǎn)電位、地電位的變化都相對(duì)較大，我國(guó)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾會(huì)比歐美國(guó)家高出兩倍，甚至更多，因此，選擇國(guó)外產(chǎn)品的時(shí)候?qū)ο到y(tǒng)的抗干擾能力要求應(yīng)當(dāng)更高，需根據(jù)實(shí)際情況來(lái)做合理的選擇。

2.3 軟件的抗干擾

2.3.1 延時(shí)確認(rèn)

輸入開關(guān)量的時(shí)候，軟件延時(shí)可選擇20ms，并且對(duì)同一信號(hào)讀入兩次或兩次以上時(shí)，確認(rèn)結(jié)果一致之后才能輸入。此外，還可以選擇延遲時(shí)間接通的定時(shí)器或者借助DCS掃描的周期時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間的延遲；輸入模擬量的時(shí)候，為了進(jìn)一步消除生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的瞬時(shí)干擾對(duì)系統(tǒng)的影響，可應(yīng)用軟件數(shù)字濾波技術(shù)來(lái)進(jìn)行，例如平均值法、中值法等。

2.3.2 封鎖干擾

如果系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，有一些干擾是可以進(jìn)行提前預(yù)知的，例如DCS系統(tǒng)的輸出命令使執(zhí)行設(shè)備出現(xiàn)火花，電弧信號(hào)可能是DCS接收到錯(cuò)誤的信息等，在面對(duì)這些可以預(yù)知的干擾時(shí)可選擇軟件封鎖的方式封鎖某些DCS的輸入信號(hào)，等到干擾易發(fā)時(shí)期過(guò)去之后再取消封鎖即可。

2.3.3 對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)、診斷

DCS的控制系統(tǒng)本身就帶有自診斷的功能，也可以借助其他的設(shè)備工具來(lái)找出故障部位及部件，工作人員只需根據(jù)系統(tǒng)的這種自診功能更換故障部位，系統(tǒng)功能就可以恢復(fù)且正常運(yùn)行。此外，在故障檢測(cè)、診斷過(guò)程中，還可以采取一些常用技術(shù)，例如采取信息冗余技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)軟件的標(biāo)志位；使用間接跳轉(zhuǎn)來(lái)設(shè)置一個(gè)軟件陷阱，以此提高系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)可靠性等。

2.4 選擇正確的接地點(diǎn)，確保接地系統(tǒng)安全可靠

電氣設(shè)備都需要進(jìn)行接地，其目的就是為了保障設(shè)備安全運(yùn)行和控制干擾。所以建立一個(gè)良好的接地系統(tǒng)對(duì)強(qiáng)化DCS系統(tǒng)的抗電磁干擾能力十分重要。一般情況下，系統(tǒng)接地方式包括了直接接地、電容接地以及浮地等，實(shí)際上DCS系統(tǒng)屬于一種低電平、高速度的控制裝置。所以只需要直接采取直接接地即可，系統(tǒng)受到信號(hào)電纜的分布電容、輸入裝置的濾波等因素作用下，各裝置之間信號(hào)交換的頻率不會(huì)高于1MHz，所以系統(tǒng)可以直接采取串聯(lián)一點(diǎn)或者并聯(lián)一點(diǎn)的方式來(lái)接地線；一些集中系統(tǒng)的接地線主要采用并聯(lián)一點(diǎn)的接地方式來(lái)進(jìn)行，也可以把各裝置的中心接地線單獨(dú)與接地線鏈接，接地線需用銅導(dǎo)線進(jìn)行，且截面必須大于22mm2，總母線應(yīng)當(dāng)使用截面大于60mm2的銅線。接地電阻建議控制在2Ω以內(nèi)，而接地極和建筑物之間的距離以10～15m最佳，系統(tǒng)的接地點(diǎn)與強(qiáng)電設(shè)備的接地點(diǎn)間距應(yīng)大于10m，圖1為DCS系統(tǒng)的接地實(shí)例。

圖1 DCS系統(tǒng)的接地實(shí)例

3 結(jié)束語(yǔ)

DCS的控制系統(tǒng)抗干擾處理極為復(fù)雜，所以工作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)所有可能對(duì)系統(tǒng)造成干擾的因素進(jìn)行分析，并且對(duì)干擾原料、來(lái)源、類型等充分認(rèn)識(shí)，有助于采取有效且科學(xué)合理的措施進(jìn)行干擾排除，確保系統(tǒng)電磁兼容性良好，使得系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

[1]曾 偉.淺談DCS系統(tǒng)中的抗干擾措施[J].內(nèi)蒙古石油化工，2013，15（22）：68～70.

[2]錢俊偉，蘇保華.DCS控制系統(tǒng)的干擾源及抗干擾措施[J].儀表技術(shù)，2013，11（10）：45～47.

TP273

A

1004-7344（2016）07-0286-02

2016-2-20

方秋琳（1983-），女，助理工程師，本科，主要從事自動(dòng)化控制系統(tǒng)DCS等工作。