控制系统的抗干扰性能研究

控制系统的抗干扰性能研究

摘要：在以往的控制系统中，dcs所发送的信号时常受到不同程度的干扰，甚至达到影响正常生产和设备安全的程度；产生干扰的原因很多，但系统接地等因素是主要原因；本文拟就其干扰源进行分析，并提出抗干扰的具体措施。

关键词：控制系统干扰接地系统抗干扰安全措施

中图分类号：tn9 文献标识码：a 文章编号：1007-9416（2012）11-0012-02

1、前言

控制系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键，dcs 控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行。由于生产过程的高度复杂和高度自动化，操作人员对自动控制系统的依赖性越来越大，如果系统中出现故障，不但会破坏被控设备、危及操作人员的安全，而且仅仅短期停车造成的损失就会超过系统本身的价格。因此，研究dcs系统安全、可靠地运行有着极其重要的意义。尤其在系统的抗干扰方面。

2、主要干扰源及抗干扰性能分析

现场生产经验表明，控制系统的干扰源主要来自大型的转动设备如大功率电机、空压机等，而研究表明，某些流速高，电导率强的工艺介质，在特殊情况下，由于存在特定场合的切割磁力线运动，也会对控制系统的信号传输造成干扰。

传统的抗干扰措施分别是加强外在保护（如严格按照规程进行接地系统的配置）和提升自身设备性能（dcs电源的安全配置），前者主要是提高控制系统接地系统的设计，后者关键在于提高控制系统自身的风险抵抗能力，实现dcs电源的安全配置。

2.1 dcs接地系统

接地系统对于dcs极为重要，不恰当的接地会造成极其严重的干扰，而正确的接地是抑制干扰、保证系统安全的有效措施之一；为了dcs系统的可靠运行，设计时必须考虑其接地问题。工厂中接地的种类繁多，主要有工作接地、保护接地、屏蔽接地、防静电接地和防雷接地等。其组网状态除防雷接地外，其它接地一般可与电气接地网共地，但是要严格区分不同性质的地，做到不混接；不同性质的地用分干线接入各自的汇流板，也可以直接接入总汇流板中，各汇流板用总接地干线接入公共接地网，以上接地网最终汇入一点接地。

2.1.1 dcs接地系统的分类

总体上分两类：

（1）保护地：其作用主要是防止设备显露部位及外壳的电荷累积，并避免可能造成人身的伤害和其它设备的运行受到干扰。保护地接入公共接地极。

（2）工作地：共有以下四个品种。1）逻辑地：也叫机器逻辑地、主机电源地，其定义为计算机内部的逻辑电平负端公共点，也是

+5v、+10v等的电源输出地。为保证逻辑电压的稳定，必须建立以公共接地点为标准的相对电压，因此，该地也需要接入公共接地极。2）信号地：即信号回路地。当dcs给现场提供24vdc时，且ai、ao为非隔离式，信号地就是系统地。当由其它设备提供电源即属于外供电时，根据信号源原理来决定是否接入公共接地极。因此，信号地的接地存在不固定性。3）系统地：就是系统基准地，通常为系统+24v负端的电源地，其作用是信号的基点。信号通道为隔离的i/o模块应用场合，不可以存在共地问题。4）屏蔽地：也叫模拟地，为了避免电磁场对仪表和信号的干扰，线缆屏蔽层必须一端接地，防止形成闭合回路干扰。接入公共接地极。

2.1.2 dcs设备接地柱、接地体、接地极的安装

所谓的接地体就是接地柱、接地极的总称，是指钉入地下一定深度、能够良好地将干扰源导入大地的导体。它承接上述由接地总干线传来的干扰电流，通过接地体导入大地。接地体与接地总干线之间严格避免“间隙”，即任何有间隙的连接都不被允许，因此采用同材料焊接工艺——铜焊，焊接后还必须进行防腐处理。典型的单接地体安装图如图1所示。可用接地网干线把多个接地体连接成网，构成多接地体安装，典型的多接地体安装图如图2所示。接地网应满足dcs系统接地电阻的要求，最大对低电阻不允许超过4ω。

在实际工程中，为减少对dcs的干扰，一般做法是，将dcs保护地接入全厂电气统一接地网。在dcs附近，不应有大型变压器或高

频用电设备接入。否则，应进行物理隔断。

本文实例中抗干扰的措施，主要遵循单点接地的原则，将屏蔽层与信号回路在同一侧接地，并将控制系统的接地设置在控制室侧。对于信号源侧和控制室侧均要求接地的仪表系统，如接壳式的热偶、ph计和电磁流量计等，则采取传统的电气隔离方案，采用隔离性配电器或安全栅。

2.2 dcs电源的安全配置

2.2.1 dcs电源配置依据

依据国家行业标准《石油化工仪表供电设计规范》sh3082-1997，采用不间断供电方式（ups）的plc、dcs系统，配置电源应满足三方面标准：

（1）对ups装置内部的要求：具备变压、稳压环节和维护旁路功能，维护旁路单独设稳压变压器，并且维护旁路从变压、稳压环节引出；旁路电源同ups内部主电源具有自动同步功能。

（2）重要的工业生产装置必须设计有备用电源，该电源来源需为独立的供电线路或发电机，控制系统的ups应将主电源和备用电源同时接入，且主、备电源之间能自动进行无扰动切换。

（3）大型联合石油化工装置的dcs供电，应采取ups电源的充电和逆变环节、冗余配置的措施，从而使ups输出稳定，保证dcs 的安全运行。本套新上己二胺工程即采用本方案。

2.2.2 dcs电源的合理接地

dcs设备通常使用直流24v或单相交流220v电源。合理地分配负载是正确用电的基础，工业生产一般采用三相四线制星型结构进行电源配置。

（1）用星型结构的三相四线制的隔离变压器，或输出为三相四线制的ups时，中性零线必须接地，以避免由于负荷不平衡引起相位、电压的漂移给dcs造成干扰。

（2）在控制系统所需负荷较小时，一般采用单相输出的ups或单相变压器供电。此时的接地系统相对复杂，主要分两种情况区别对待；一是电源做“浮空”处理：此时控制的保护地是与电气统一接地网连在一起的，电源零线不可接地，应将电源浮空，避免电气统一接地网产生的干扰源对dcs的干扰和冲击。第二种情况是控制系统采用独立地，电源零线应与系统保护地连接在一起，以避免电位差通过机壳对dcs的干扰。

3、抗干扰性能的检验

在某新建大型化工项目中，以日本某公司harmonas-deo dcs系统为系统平台，在控制系统中采取了以上抗干扰措施。在2006年3月，发生一起严重的现场直流24v电磁阀接地事故，由于措施完备，有效的接地系统承受了过载电流，迅速将过载电流导入大地，并及时准确地发出报警信号，现场人员根据控制系统的提示，迅速解除了事故隐患，保证了系统和生产装置的安全运行，避免了可能造成的恶性停车事故。