DCS控制系统应用中的抗干扰问题

随着科学技术的发展，DCS在电力行业自动控制中的应用越来越广泛。DCS控制系统的可靠性直接影响到机组的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型DCS，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的电磁环境中。要提高DCS控制系统的可靠性，一方面要求DCS生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求在工程设计、安装施工和使用维护中，引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。

1 电磁干扰源及对系统的干扰

1.1 干扰源及干扰一般分类

影响DCS控制系统的干扰源与一般影响电力控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。干扰类型通常按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入，地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压叠加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流，亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，它们直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

1.2 DCS控制系统中电磁干扰的主要来源

1.2.1 来自空间的辐射干扰空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若DCS系统置于所射频场内，就会接收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对DCS内部的辐射， 由电路感应产生干扰；二是对DCS通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关。

1.2.2 来自系统外引线的干扰主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰，这种干扰在现场较严重。

（1）来自电源的干扰：实践证明，因电源引入的干扰造成DCS控制系统故障的情况很多，DCS系统的正常供电电源均由工作电源供电， 由于其覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电流。尤其是内部的变化，大型电力设备启停、交直流传动装置引起的谐波等，都通过输电线路传到电源原边。

（2）来自信号线引入的干扰：与DCS控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入，此类干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或与电气系统共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这种干扰往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这种干扰是很严重的，由信号引入干扰会引起I／O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时，将引起元器件损伤；对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。DCS控制系统因信号引入干扰造成I／O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。

（3）来自接地系统混乱时的干扰：接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一，正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使DCS系统将无法正常工作。 DCS控制系统的地线包括：系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对DCS系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起接地环路电流，影响系统正常工作。例如：电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，则有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其他接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响DCS内逻辑电路和模拟电路的正常工作。DCS工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响DCS的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

1.2.3 来自DCS系统