《DCS控制系统应用中的抗干扰问题分析》
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摘 要：DCS控制系统又叫作分布式控制系统,其融合了计算机技术、通信技术、控制技术等,在工业领域有著十分广泛的应用.DCS控制系统在应用过程中会遇到一些干扰因素,影响其控制的精准度,为了提升DCS控制系统的效果,对干扰因素进行研究,并加以分析,提出抗干扰的建议,提升系统可靠性.
关键词：DCS控制系统 干扰源 抗干扰
可靠性直接影响着DCS控制系统的应用,其关系着企业的正常生产和运营,可以说DCS控制系统直接影响着企业的发展.为了提升DCS系统的稳定性,加强其抗干扰能力是关键.可以从工程设计、安装施工以及使用和维护方面多方面配合,提升DCS的抗干扰能力.
1 DCS控制系统的干扰因素
DCS控制系统干扰主要存在于电流或者电压出现剧烈变化的部位,由于电荷出现剧烈移动,产生噪声源,也就是干扰源.一般而言,电磁干扰可以分为如下几种.
1.1 空间辐射干扰
源于电气设备、无线电广播、雷达、雷电等方面的干扰,我们将其称为辐射干扰.倘若DCS控制系统存在于干扰区域内,便会受到来自多方面的辐射干扰,例如,干扰DCS内部电路、影响电路感应等.一般情况下,可以通过局部屏蔽、设置屏蔽电缆以及高压泄放元件等方式降低干扰.
1.2 系统引线干扰
首先,电源干扰.由于电源干扰导致DCS控制系统出现故障的情况十分常见.DCS系统电源依靠电网进行供电,电网有着非常广泛的覆盖范围,容易受到空间电磁的影响,产生感应电路和电压,进而影响到DCS系统.尤其是当供电电网出现大功率设备的启停、开关浪涌或者交直流传动装置带来的谐波、电网短路等,都会影响到电源的稳定,比如核电主泵、循环泵等,功率较大,启动都会造成一定的电网波动.由于电源干扰的存在,DCS电源可使用隔离电源的方式,但是受到制造工艺、成本、隔离效率等方面的原因,隔离电源很难大规模的应用.此外,由于分布参数、分布电容的存在,很难实现绝对隔离.
其次,信号线干扰.在控制系统进行连接时,信号传输线可以传输各类信息,但也会受到外部信号干扰.一般情况下,存在两种干扰方式：一种是使用共用信号仪表电源或者供电电源带来的电网干扰,这是经常被忽视的内容;另一种是空间电磁辐射带来的干扰,也就是信号线受到外部感应的干扰,这种情况比较严重.信号干扰会导致I/O信号出现工作异常,也会大大降低测量的精度,严重时还会导致元器件的损坏.对于隔离性能不佳的系统,还容易引发信号之间的干扰,导致共地系统总线出现回流,进而出现逻辑数据变化、死机、误动的情况.在实际生产过程中,信号线引入干扰对DCS的影响是十分明显的,容易损坏I/O模件,引发系统故障.
最后,接地系统混乱带来的干扰.为了提升电子设备电磁兼容性,大多采取接地的方式.正确的接地方式,不仅可以实现抗电磁干扰的目的,还能对电子设备形成有效地抑制,抑制其发出干扰信号;相反,错误的接地方式,会带来比较严重的信号干扰,影响DCS系统的正常使用.DCS控制系统使用到的接地系统包括屏蔽地、系统地、保护地、交流地等.如果接地系统混乱,会对DCS系统带来干扰,主要表现为各个接地点会出现电位分布不均的情况,接地点之间存在一定的电位差,导致环路电流的出现,干扰DCS系统的正常运行.在此,我们以电缆屏蔽层为例,一般情况下,电缆屏蔽层应该一点接地,但是如果出现两点接地的情况,可能会产生电位差,当电流经过屏蔽层时,就会产生异常状态,相当于雷击,会产生很大的地线电流.除此之外,接地线、屏蔽层、大地3个方面可能会形成一个闭合环路,受到磁场变化的影响,屏蔽层可能会产生感应电流,当感应电流经过芯线、屏蔽层之间时,会对信号回路带来干扰.倘若系统地和其他接地存在混乱情况,形成的地环流也会导致地线出现有差异的电位分布,会影响到DCS模拟电路和逻辑电路的正常运行.在某化工项目中,因电极带电导致电极热电偶接头带电,而热电偶电缆屏蔽层直接压在了热电偶接头上,导致热电偶电缆两端接地,进而影响了测量精度.DCS系统工作中,逻辑电压抗干扰的能力较差,逻辑地电位分布不均,会导致DCS出现逻辑运算混乱、数据存储混乱,还可能出现程序死机.模拟地电位分布不均,会降低测量精度,导致信号测控出现失真,无法精准地实现控制.
2 DCS控制系统工程应用的抗干扰设计
为了进一步地降低电磁干扰对DCS控制系统带来的不利影响,我们在设计系统之初,便要从3个方面考虑,采取相应的措施,做好抗干扰的设计.
2.1 选择具有优良性能的电源,降低电源引入干扰
在DCS控制系统之中,电源占了很大的比重,如果电源性能不佳,势必要在使用过程中带来干扰.电源带来的干扰主要体现在供电电源、与系统有着直接电气连接的仪表等,当电源和仪表耦合时,便会产生电源干扰.因此,在选择电源时,应该选择隔离性能比较好的电源,将其作为控制系统的电源.现阶段,最为常见的便是采取不间断供电的方式,进行系统供电,通过提升供电的可靠性,保证系统的正常运行.由于不间断电源有着不错的抗干扰能力,所以不间断电源也是一种较为理想的电源方式.借助电源的合理选择,降低电源引入干扰给系统带来的影响.
2.2 合理选择电缆以及敷设方式
为了降低电缆给控制系统带来的辐射干扰,可以选择铜带铠装屏蔽电力电缆的方式,可以很好地抑制电缆干扰.由于不同的信号种类在传播时,需要使用到不同的电缆,所以,选择电缆时,需要按照不同的信号传输类型,采取分层敷设电缆的方式,不能使用统一的电缆进行信号、电源的传输,分层敷设可以有效地实现对电磁干扰的控制,避免出现干扰的情况.
2.3 硬件滤波、软件抗干扰方法
信号传输时,当信号没有进入计算机时,可以通过预接电容的方式,也就是信号和大地接上电容,这种方式可以可很好地抑制共模干扰,还可以在信号两级之间增加滤波器,这样可以进一步降低干扰.由于电磁干扰相对复杂,设计DCS控制系统时,应该加大对软件组态的重视,提升系统的可靠性.现在常见的方法,就是通过数字滤波的方法或者进行频整形采样,排除周期性干扰.
3 结语
综上所述,DCS控制系统有着一定的复杂性,会受到多种因素的影响.比如,空间辐射、系统引线干扰等.为了提升DCS控制系统的稳定性,降低干扰,需要在进行系统设计时,便要做好综合因素的考虑,采取一些抗干扰的措施,比如,选择具有优良性能的电源,降低电源引入干扰;选择铜带铠装屏蔽电力电缆,分层铺设的方式;采用硬件滤波、软件抗干扰方法等,这样才能提升DCS控制系统的抗干扰能力,让其更好地发挥作用.
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