DCS系统常见电磁干扰及其抑制措施分析

作者：史新涛

来源：《科技资讯》 2014年第10期

史新涛

(神马股份帘子布公司 河南平顶山 467000)

摘 要:随着计算机技术的不断发展,DCS系统在我国众多行业中得到非常广泛的应用,不过其中存在的复杂多变的具有随机性的电磁干扰问题并未引起足够的关注。本文分析了DCS系统在工程应用中产生电磁干扰的原因,并指出抗干扰的相应措施,有利于系统的研发和相关人员的运用。

关键词:DCS系统 电磁干扰 抑制措施

中图分类号:TS736 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)04(a)-0005-01

DCS系统是在微处理器的基础上按照控制功能分散、显示操作集中和综合协调设计的要求所设计的新一代仪表控制系统,该系统融合了计算机、通讯、控制和显示等科技,并且在我国的核电、火电、石化、化工、冶金等诸多领域的普遍应用。提高了所在领域的生产效率,使我国的自动化水平得到了整体的快速提高。不过DCS系统中的电磁兼容问题影响了工业使用的仪表、电源和较为敏感的传感器等设备工作是否可靠的问题,因此,随着我国自动化体系的飞速发展和广泛应用,DCS中所存在电磁干扰问题必须引起足够的重视。对DCS系统产生电磁干扰的原因分析和提出相应的抑制措施对该系统的应用是非常有利的。

1 DCS系统发展

DCS系统是分散控制系统的简称,具有分散控制、集中操作、危险分散、配置灵活的特点。从20世纪中期首套DCS系统问世之后,便在工业生产中发挥了重大的作用,被普遍运用在石化、造纸、冶金等众多行业。

DCS系统是现代工业自动化控制的核心,体现着自动化控制技术和通讯技术在工业应用的水平。最早的DCS系统是由日本和美国的公司分别研发出来并投入工业使用取得成功的,此后许多国家的自动化企业也进入了该系统开发的行列。在经济全球化的现代,为缩小在技术方面与现代化国家的差距,我国也在推广国产的DCS系统。

DCS系统一般采用分层控制,不同的层存在对应的通讯协议,最底层则为仪表及执行机构。现代PLC系统和DCS等系统融合在一起,各个系统间的通讯规则也都有国家的规范标准。

2 DCS系统电磁干扰源分析

在对DCS系统实际工作的不断研究中发现,系统的电磁干扰源主要源于控制系统的内部干扰和工作环境的外部干扰,主要包括四个部分。

2.1 辐射造成的干扰

由于电器设备和电力网络的暂态问题以及无线点播和高频感应加热设备所产生的高频电磁波,使电子设备处在电场和磁场的包围中而对其产生干扰,通常叫做辐射干扰,它的分布具有很大

的随机性。一方面,辐射可以直接作用在电路上来影响DCS系统内部从而产生干扰;另一方面,辐射也能够影响通讯网络导致感应机理破坏而产生干扰。

2.2 电源内部原因造成的干扰

电源的滤波功能欠佳、内部的电压浮动较大等原因引起DCS系统发生故障的事例有许多,在调试中也经常碰到,在用性能良好的DCS电源时,此类问题才迎刃而解。

DCS系统通常使用电源来自与电网。但是电网由于分布范围很大、有较大的电力设施的启停、电网中发生短路时的暂态冲击等原因容易受到空间电磁干扰而在线路中产生感应的电压和电流,从而干扰DCS系统。DCS系统需要使用隔离电源,不过因为结构和工艺的原因往往并不能达到预期的隔离性能。事实上,绝对程度上的隔离是理想化的。

2.3 信号线引入造成的干扰

传输各种有效信号的大量信号传输线和DCS系统相连,在传输信号的同时,也必然会侵入外部的干扰信号。信号传输线在空间电磁辐射的作用下,上面的外部干扰是非常严重的。信号所带来的干扰会导致输入、输出信号端口不能正常工作,对事物的测量精度也会大幅度下降,在某些情况下也可能造成元件寿命的折损。如果系统的隔离能力比较低,也会引起信号之间相互作用,导致供地系统总线回流而发生死机等。事实证明,DCS系统由于采用了信号线所带来的干扰使大量的I/O模块损伤,因此,引起系统不能正常工作的事故也有许多。

2.4 接地系统混乱造成的干扰

接地是DCS系统正常运行的前提条件。准确无误的接地方法可以有效的抑制电磁干扰的作用,而错误的接地则会引入强烈的干扰信号,破坏DCS系统的正常运行。DCS系统的接地包括安全地、交流地、信号地和逻辑地等。正确的接地系统能够在供电设备或者控制设备发生问题时,将较大的电流快速的排放到大地,很好的屏蔽DCS系统。接地混乱则会使不同接地点的电位分布差别较大,造成地环路电流,影响DCS系统工作的可靠性。

3 DCS系统电磁干扰的抑制措施

DCS系统电磁干扰的原因有许多种,它们都会破坏系统的正常工作,所以在设计系统和调试时必须采取一定的方法来抑制这些干扰,针对以上的干扰提出相应的抑制措施。

电磁场的不同频率有可能影响到空间辐射,可以设置屏蔽电缆和DCS局部屏蔽来消除,其中双绞线的屏蔽电缆是一种有效的解决办法;对于电网系统的干扰,可以采用不间断供电电源的供电结构,其中低通滤波器能够过滤高频率的干扰信号;与DCS系统相连的信号线,应经过可靠的屏蔽和接地等来加以处理,比如采用屏蔽电缆等方法;将电缆屏蔽层两端部分接地,能够构造成地环路,这种方法中的电流在传递过程中有可能干扰到信号增强接地系统的可靠性。

4 结语

经过对DCS系统常见有关问题的分析及其相应抑制措施的分析,可以看到为了增强系统抵抗影响的能力,需要采取相应的抑制措施。将这些措施用于工程实践中,可以为系统设计等提供参考。

参考文献

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[3]高革雄.浅谈DCS控制系统的干扰与防范[J].杭州化工,2006.