DCS系统干扰的分析与对策.doc

0 引 言 1 1干扰源及干扰一般分类 1 2 DCS系统电磁干扰的主要来源 2 2.1 电磁场对DCS设备辐射干扰 2 2.2 来自DCS系统外引线的干扰 3 2.3 来自DCS系统内部的干扰 4 3 DCS系统主要抗干扰措施 4 3.1 DCS系统设备选型 4 3.2采用综合抗干扰设计 4 4 结束语 6 DCS系统干扰的分析与对策 郑安明 （浙江火电建设公司，杭州 310016） 摘要：分析了DCS系统干扰的产生及影响，并提出了相应的抗干扰措施。 关键词：DCS系统；干扰；共模干扰；差模干扰；DCS抗干扰 0 引 言 随着科学技术的发展，DCS系统在工业控制中的应用越来越广泛。DCS（Distributed Control System）系统，即分散型控制系统，它是工业控制的大脑和神经系统，它的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，而DCS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恶劣电磁环境中。如何提高DCS系统的抗干扰能力、提高系统的可靠性，从而促进工业生产企业的安全经济运行，已越来越受到人们的重视。 1干扰源及干扰一般分类 干扰又叫噪声，是窜入或叠加在系统电源、信号线上的与信号无关的电信号。干扰会造成测量的误差、严重的干扰（如雷击）可能会造成设备损坏。干扰源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。干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的波形性质、噪声的特性和噪声干扰模式的不同进行划分。按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声的特性不同，可分为静电噪声、电磁噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。其中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）电压迭加所形成如图1所示。 图1 纯共模信号及波形图 图1中Vc为共模干扰电压，由于信号线对地存在寄生电容Cp，使信号线分别对地产生了干扰信号V1、V2。纯共模信号时：V1＝V2＝Vc、V3＝0，即大小相等，相位差为00，没有干扰电流流经负荷。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电时，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。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、及共模干扰由不平衡电路转换形成的干扰电压如图2所示。 图2 纯差模信号及波形图 图2中Vd为差模干扰电压，干扰信号直接作用于信号间的两极，使信号线对地分别产生了干扰信号V1、V2。纯差模信号时：V1＝－V2、Vd＝V1-V2，即大小相等，相位差为1800，干扰电流Io全部流经负荷。这种干扰直接叠加（串联）在信号上，所以又称串模干扰，它直接影响测量与控制的精度，甚至造成电子元器件的过压、过载等损坏。 2 DCS系统电磁干扰的主要来源 2.1 电磁场对DCS设备辐射干扰 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、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装置布置于所射频场内，就回收到辐射干扰，这种干扰主要以共模干扰为主，影响的路径主要有两条：一是直接对DCS内部辐射，由电路感应产生干扰；二是对DCS通信网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置的位置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽对绞电缆、改变布置使DCS装置尽量远离强磁场区域、DCS局部屏蔽及高压泄放元件等措施进行保护。 2.2 来自DCS系统外引线的干扰 因为被控现场往往有很多信号同时接入计算机，这些信号线之间由于分布电容的存在，而将干扰加到别的信号线上；同时，在电源线、交变信号线的周围会产生交变磁通，而这些交变磁通会在并行的导体之间产生电动势，产生干扰；另外，由于信号的接地点电位不平衡而引起的地环路电流等。这些差模干扰和共模干扰都可以通过DCS系统的电源、信号线和地线引入，通常又称为传导干扰，传导干扰在我国工业现场较严重，图3为传导干扰对测量信号的影响示意图。 图3 传导干扰对测量信号影响 （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。当DCS系统的正常电源由电网供电时，由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上产生感应电压。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边