DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用中的抗干擾分析

邵瀏睿

摘 要：本文主要分析討論了不同類型的干擾以及對于發(fā)電廠DCS控制系統(tǒng)所帶來的干擾，并且提出了在具體的工程應(yīng)用過程中，對于控制系統(tǒng)的抗干擾的能力應(yīng)該綜合進行考慮，并且針對實際的工程項目提出了幾種行之有效的抗干擾的措施。

關(guān)鍵詞：DCS控制系統(tǒng) 抗干擾 分析

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（c）-0003-02

隨著發(fā)電廠控制系統(tǒng)的發(fā)展速度越來越快，DCS在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用變得越來越廣泛，對于DCS控制系統(tǒng)來說，其是否可以穩(wěn)定可靠地運行對于機組的安全生產(chǎn)以及正常運行具有非常重要的影響。為了更好地將DCS控制系統(tǒng)的可靠性提升上去，需要相關(guān)技術(shù)人員提前對各種干擾有所了解，只有這樣才可以更好地讓DCS系統(tǒng)安全可靠的運行。

1 電磁干擾源及其對DCS控制系統(tǒng)的干擾

一般來說，能夠?qū)CS控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響的干擾源同能夠?qū)σ话汶娏刂圃O(shè)備產(chǎn)生干擾的干擾源都一樣，一般經(jīng)常都是在電流或者是電壓發(fā)生急劇變化的位置，在這些部位電荷會急劇移動，這樣就會產(chǎn)生噪聲源，也就是我們經(jīng)常說的干擾源。

能夠評價一個系統(tǒng)干擾的主要指標就是“信噪比”，這里所說的信噪比主要指的是在信號通道里面，有用信號的功率的大小與噪聲功率的大小之間的比值，通?？梢酝琒/N來進行表達：

S/N=10lg（Ps/Pn）

在公式中，Ps指的是有用信號的功率大小，Pn指的是噪聲信號的功率大小，S/N就是信噪比（dB），根據(jù)噪聲的干擾模式的不一樣，一般可以把干擾的類型分成共模干擾以及串模干擾兩種。對于共模干擾來說，主要指的是信號對于大地所產(chǎn)生的電位差，一般會由電網(wǎng)串入，大地的電位差以及空間的電磁輻射信號線由于相互感性而產(chǎn)生的一個方向的電壓經(jīng)過疊加形成。對于共模電壓來說，在經(jīng)過不對稱電路的作用下可以轉(zhuǎn)化成串模電壓，這個時候就可能對測控信號產(chǎn)生直接地影響，將相應(yīng)的元器件損壞。對于這種共模干擾的方式，可以看成是直流的，也可以看成是交流的。對于串模干擾來說，主要指的是位于信號兩極之間的干擾電壓，其形成過程主要是由于在空間里面的電磁場信號之間進行相互耦合感應(yīng)所形成的一種電壓，這些電壓會直接附加在信號上面，因此會對測量的精度以及控制的精度產(chǎn)生能夠直接地影響。

在圖1中，（a）所使用的信號為直流信號；（b）指的是這個直流信號與共模干擾進行疊加；（c）指的是這個直流信號收到的共模干擾的影響；（d）指的是直流信號通過時受到串模干擾以及共模干擾的影響所產(chǎn)生的波形。

2 DCS控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源

2.1 干擾來源于空間的輻射

對于空間里面所形成的輻射電磁場，主要是通過電壓網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程以及頻率比較高的感應(yīng)加熱設(shè)備所形成的，一般將這種干擾稱作是輻射干擾。對于這種干擾來說，分布情況是比較復(fù)雜的。如果將DCS控制系統(tǒng)放置在這種輻射電磁場里面，就會非常直接的接收到輻射干擾。具體對系統(tǒng)產(chǎn)生影響是通過兩種方法形成的：一種情況是直接對DCS控制系統(tǒng)產(chǎn)生內(nèi)部輻射，干擾是由于電路的感應(yīng)情況而產(chǎn)生的；第二種情況是對DCS控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生內(nèi)部輻射，干擾是由于通信線路的感應(yīng)而產(chǎn)生的。對于輻射干擾來說，能夠?qū)ζ洚a(chǎn)生影響的主要是現(xiàn)場對于電氣設(shè)備的布置情況以及電氣設(shè)備所產(chǎn)生的對地電磁場的大小，尤其相關(guān)的就是電磁場的頻率大小。

2.2 干擾來源于系統(tǒng)外部的引線

對于這種干擾來說，主要是由于電源以及相關(guān)信號的引線所形成的，一般也將這種干擾稱為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在實際的現(xiàn)場是比較嚴重的。

2.2.1 來源于電源的干擾

對于電源來說，是比較容易引起干擾的。經(jīng)過一項研究可以發(fā)現(xiàn)，由于電源的作用而引入的干擾已經(jīng)造成了許多DCS控制系統(tǒng)產(chǎn)生故障。一般來說，在DCS控制系統(tǒng)正常工作過程中，其供電是由電網(wǎng)對其進行供電的。但是由于系統(tǒng)覆蓋的范圍比較大，會經(jīng)常受到由于空間里面的電磁干擾而在相應(yīng)的線路上面形成一定的感應(yīng)電壓及感應(yīng)電流。對于一些大型的電力設(shè)備在開啟或者關(guān)閉的時候，交流以及直流傳動裝置都會產(chǎn)生一定的諧波分量，這些分量就會沿著輸電線路傳輸?shù)诫娫吹脑叄?/p>

2.2.2 干擾來源于信號線

不同類型的I/O信號傳輸線在工作時候除了會傳輸有效的信息以外，還會不同程度的受到外部信號的干擾作用。一種情況是由于變送器在供電過程中電源由于串入到電網(wǎng)過程的干擾；還有一種情況就是信號線由于受到了來自空間的輻射而產(chǎn)生的干擾。對于這種干擾來說，一般都是比較嚴重的，會將測量精度大幅度降低，并且損耗元器件，此外，對于一些系統(tǒng)來說，其隔離性能不太好，這樣會使得不同的信號進行相互干擾。

3 主要抗干擾的設(shè)計以及相關(guān)措施

為了減少DCS控制系統(tǒng)受到的電磁干擾，從剛開始進行設(shè)計的時候就應(yīng)該從三個方面采取措施來對干擾源進行抑制。

3.1 采取性能更加優(yōu)良的電源抑制電源引入的干擾

對于DCS控制系統(tǒng)來說，電源所占的比重是非常大的。由于電源所產(chǎn)生的干擾在串入系統(tǒng)的時候主要是通過系統(tǒng)的供電電源以及與DCS控制系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表在耦合時候產(chǎn)生的。目前對于DCS控制系統(tǒng)的供電電源往往會選擇具有很強的隔離性能的電源。但是對于變送器的供電電源來說，還沒有引起人們足夠的重視，即使目前已經(jīng)采取去了一些有效的措施來進行有效地隔離，但是還是存在很大的干擾。所以現(xiàn)在經(jīng)常使用的就是不間斷供電電源來實現(xiàn)對系統(tǒng)的供電，這樣就可以很好地將供電可靠性提升上去。而且對于不間斷的電源來說，其抗干擾能力也是比較強的，因此經(jīng)常作為理想電源。

3.2 電纜的選擇以及鋪設(shè)

為了有效降低由于電纜輻射而帶來的干擾，現(xiàn)在經(jīng)常使用的電纜就是銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，這樣可以很好地降低電纜所帶來的干擾。

對于不同種類的信號，在傳輸過程中使用的電纜是不一樣的。應(yīng)該按照不一樣的傳輸類型對電纜進行分層敷設(shè)，不可以使用同一型號的電纜同時對電源以及信號進行傳輸，這樣就可以有效的避免電磁干擾。

3.3 硬件濾波以及軟件抗干擾的方法

在信號還沒有進入到計算機之前，在信號與大地之間應(yīng)該接上電容，這樣就可以有效地降低共模干擾，而且在信號的兩極間加上一個濾波器還可以很好地將干擾降低。但是電磁干擾是比較復(fù)雜的，所以在對DCS控制系統(tǒng)進行設(shè)計的時候，還應(yīng)該在軟件組態(tài)方面努力，從而更好地將系統(tǒng)的可靠性提升上去?，F(xiàn)在經(jīng)常采取的方法就是進行數(shù)字濾波以及進行工頻整形采樣，這樣一來就可以將周期性干擾排除出去；采取信息冗余措施，對軟件標志進行必要的設(shè)定。

4 結(jié)語

對于DCS控制系統(tǒng)來說，其受到的干擾是比較復(fù)雜的，因此在對抗干擾進行設(shè)計的時候?qū)τ诟鞣矫娴囊蛩囟家右钥紤]，并且要對一些干擾進行必要的分析，只有這樣才可以讓DCS控制系統(tǒng)在工作過程中更好的抑制干擾。

參考文獻

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