DCS控制系統(tǒng)應用中的抗干擾問題分析

張俊龍 牛強

摘? 要：DCS控制系統(tǒng)又叫作分布式控制系統(tǒng)，其融合了計算機技術、通信技術、控制技術等，在工業(yè)領域有著十分廣泛的應用。DCS控制系統(tǒng)在應用過程中會遇到一些干擾因素，影響其控制的精準度，為了提升DCS控制系統(tǒng)的效果，對干擾因素進行研究，并加以分析，提出抗干擾的建議，提升系統(tǒng)可靠性。

關鍵詞：DCS控制系統(tǒng)? 干擾源? 抗干擾

可靠性直接影響著DCS控制系統(tǒng)的應用，其關系著企業(yè)的正常生產(chǎn)和運營，可以說DCS控制系統(tǒng)直接影響著企業(yè)的發(fā)展。為了提升DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加強其抗干擾能力是關鍵。可以從工程設計、安裝施工以及使用和維護方面多方面配合，提升DCS的抗干擾能力。

1? DCS控制系統(tǒng)的干擾因素

DCS控制系統(tǒng)干擾主要存在于電流或者電壓出現(xiàn)劇烈變化的部位，由于電荷出現(xiàn)劇烈移動，產(chǎn)生噪聲源，也就是干擾源。一般而言，電磁干擾可以分為如下幾種。

1.1 空間輻射干擾

源于電氣設備、無線電廣播、雷達、雷電等方面的干擾，我們將其稱為輻射干擾。倘若DCS控制系統(tǒng)存在于干擾區(qū)域內(nèi)，便會受到來自多方面的輻射干擾，例如，干擾DCS內(nèi)部電路、影響電路感應等。一般情況下，可以通過局部屏蔽、設置屏蔽電纜以及高壓泄放元件等方式降低干擾。

1.2 系統(tǒng)引線干擾

首先，電源干擾。由于電源干擾導致DCS控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況十分常見。DCS系統(tǒng)電源依靠電網(wǎng)進行供電，電網(wǎng)有著非常廣泛的覆蓋范圍，容易受到空間電磁的影響，產(chǎn)生感應電路和電壓，進而影響到DCS系統(tǒng)。尤其是當供電電網(wǎng)出現(xiàn)大功率設備的啟停、開關浪涌或者交直流傳動裝置帶來的諧波、電網(wǎng)短路等，都會影響到電源的穩(wěn)定，比如核電主泵、循環(huán)泵等，功率較大，啟動都會造成一定的電網(wǎng)波動。由于電源干擾的存在，DCS電源可使用隔離電源的方式，但是受到制造工藝、成本、隔離效率等方面的原因，隔離電源很難大規(guī)模的應用。此外，由于分布參數(shù)、分布電容的存在，很難實現(xiàn)絕對隔離。

其次，信號線干擾。在控制系統(tǒng)進行連接時，信號傳輸線可以傳輸各類信息，但也會受到外部信號干擾。一般情況下，存在兩種干擾方式：一種是使用共用信號儀表電源或者供電電源帶來的電網(wǎng)干擾，這是經(jīng)常被忽視的內(nèi)容;另一種是空間電磁輻射帶來的干擾，也就是信號線受到外部感應的干擾，這種情況比較嚴重。信號干擾會導致I/O信號出現(xiàn)工作異常，也會大大降低測量的精度，嚴重時還會導致元器件的損壞。對于隔離性能不佳的系統(tǒng)，還容易引發(fā)信號之間的干擾，導致共地系統(tǒng)總線出現(xiàn)回流，進而出現(xiàn)邏輯數(shù)據(jù)變化、死機、誤動的情況。在實際生產(chǎn)過程中，信號線引入干擾對DCS的影響是十分明顯的，容易損壞I/O模件，引發(fā)系統(tǒng)故障。

最后，接地系統(tǒng)混亂帶來的干擾。為了提升電子設備電磁兼容性，大多采取接地的方式。正確的接地方式，不僅可以實現(xiàn)抗電磁干擾的目的，還能對電子設備形成有效地抑制，抑制其發(fā)出干擾信號;相反，錯誤的接地方式，會帶來比較嚴重的信號干擾，影響DCS系統(tǒng)的正常使用。DCS控制系統(tǒng)使用到的接地系統(tǒng)包括屏蔽地、系統(tǒng)地、保護地、交流地等。如果接地系統(tǒng)混亂，會對DCS系統(tǒng)帶來干擾，主要表現(xiàn)為各個接地點會出現(xiàn)電位分布不均的情況，接地點之間存在一定的電位差，導致環(huán)路電流的出現(xiàn)，干擾DCS系統(tǒng)的正常運行。在此，我們以電纜屏蔽層為例，一般情況下，電纜屏蔽層應該一點接地，但是如果出現(xiàn)兩點接地的情況，可能會產(chǎn)生電位差，當電流經(jīng)過屏蔽層時，就會產(chǎn)生異常狀態(tài)，相當于雷擊，會產(chǎn)生很大的地線電流。除此之外，接地線、屏蔽層、大地3個方面可能會形成一個閉合環(huán)路，受到磁場變化的影響，屏蔽層可能會產(chǎn)生感應電流，當感應電流經(jīng)過芯線、屏蔽層之間時，會對信號回路帶來干擾。倘若系統(tǒng)地和其他接地存在混亂情況，形成的地環(huán)流也會導致地線出現(xiàn)有差異的電位分布，會影響到DCS模擬電路和邏輯電路的正常運行。在某化工項目中，因電極帶電導致電極熱電偶接頭帶電，而熱電偶電纜屏蔽層直接壓在了熱電偶接頭上，導致熱電偶電纜兩端接地，進而影響了測量精度。DCS系統(tǒng)工作中，邏輯電壓抗干擾的能力較差，邏輯地電位分布不均，會導致DCS出現(xiàn)邏輯運算混亂、數(shù)據(jù)存儲混亂，還可能出現(xiàn)程序死機。模擬地電位分布不均，會降低測量精度，導致信號測控出現(xiàn)失真，無法精準地實現(xiàn)控制。

2? DCS控制系統(tǒng)工程應用的抗干擾設計

為了進一步地降低電磁干擾對DCS控制系統(tǒng)帶來的不利影響，我們在設計系統(tǒng)之初，便要從3個方面考慮，采取相應的措施，做好抗干擾的設計。

2.1 選擇具有優(yōu)良性能的電源，降低電源引入干擾

在DCS控制系統(tǒng)之中，電源占了很大的比重，如果電源性能不佳，勢必要在使用過程中帶來干擾。電源帶來的干擾主要體現(xiàn)在供電電源、與系統(tǒng)有著直接電氣連接的儀表等，當電源和儀表耦合時，便會產(chǎn)生電源干擾。因此，在選擇電源時，應該選擇隔離性能比較好的電源，將其作為控制系統(tǒng)的電源。現(xiàn)階段，最為常見的便是采取不間斷供電的方式，進行系統(tǒng)供電，通過提升供電的可靠性，保證系統(tǒng)的正常運行。由于不間斷電源有著不錯的抗干擾能力，所以不間斷電源也是一種較為理想的電源方式。借助電源的合理選擇，降低電源引入干擾給系統(tǒng)帶來的影響。

2.2 合理選擇電纜以及敷設方式

為了降低電纜給控制系統(tǒng)帶來的輻射干擾，可以選擇銅帶鎧裝屏蔽電力電纜的方式，可以很好地抑制電纜干擾。由于不同的信號種類在傳播時，需要使用到不同的電纜，所以，選擇電纜時，需要按照不同的信號傳輸類型，采取分層敷設電纜的方式，不能使用統(tǒng)一的電纜進行信號、電源的傳輸，分層敷設可以有效地實現(xiàn)對電磁干擾的控制，避免出現(xiàn)干擾的情況。

2.3 硬件濾波、軟件抗干擾方法

信號傳輸時，當信號沒有進入計算機時，可以通過預接電容的方式，也就是信號和大地接上電容，這種方式可以可很好地抑制共模干擾，還可以在信號兩級之間增加濾波器，這樣可以進一步降低干擾。由于電磁干擾相對復雜，設計DCS控制系統(tǒng)時，應該加大對軟件組態(tài)的重視，提升系統(tǒng)的可靠性。現(xiàn)在常見的方法，就是通過數(shù)字濾波的方法或者進行頻整形采樣，排除周期性干擾。

3? 結語

綜上所述，DCS控制系統(tǒng)有著一定的復雜性，會受到多種因素的影響。比如，空間輻射、系統(tǒng)引線干擾等。為了提升DCS控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低干擾，需要在進行系統(tǒng)設計時，便要做好綜合因素的考慮，采取一些抗干擾的措施，比如，選擇具有優(yōu)良性能的電源，降低電源引入干擾;選擇銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，分層鋪設的方式;采用硬件濾波、軟件抗干擾方法等，這樣才能提升DCS控制系統(tǒng)的抗干擾能力，讓其更好地發(fā)揮作用。

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