DCS系統(tǒng)之間進(jìn)行信號(hào)傳輸時(shí)信號(hào)干擾的原因分析及如何抑制干擾的概述

隨著我國工業(yè)的發(fā)展，對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平的要求也在不斷提高，為了滿足自動(dòng)化控制的要求，DCS系統(tǒng)已經(jīng)廣泛運(yùn)用于工業(yè)自動(dòng)化控制。因此，DCS控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，其中系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。目前，自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用的各種控制系統(tǒng)大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。在施工現(xiàn)場(chǎng)，電氣設(shè)備、儀表、DCS控制系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)之間進(jìn)行信號(hào)傳輸時(shí)，往往存在干擾，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至誤操作，必須得到重視。

—— 主要有哪些引入干擾 ——

電阻耦合干擾

在工作過程中，由于許多工廠對(duì)于電線老化問題較為忽視。當(dāng)多種信號(hào)線路一起進(jìn)行信號(hào)傳輸時(shí)，會(huì)由于電線上的絕緣材料老化漏電而影響到其他傳輸信號(hào)，對(duì)其他傳輸信號(hào)有所干擾。除此之外，不僅信號(hào)線老化會(huì)對(duì)其他信號(hào)線產(chǎn)生影響，而一些大功率電路（例如：產(chǎn)熱電路）在使用中如果發(fā)生線路老化，也會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生很大干擾。

電容電感耦合干擾

通常的時(shí)候，被控現(xiàn)場(chǎng)的控制柜接入了諸多信號(hào)線，這些信號(hào)線有的使用電纜槽，有的使用電纜管，尤其是諸多信號(hào)同時(shí)布線，而信號(hào)間存在電容分布，會(huì)對(duì)別的信號(hào)線形成干擾。特別是在交流信號(hào)線四周形成交變磁通，進(jìn)而在并行導(dǎo)體間形成電勢(shì)，造成電勢(shì)干擾信號(hào)。

雷擊干擾

當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，較大的電磁干擾也許會(huì)形成于所需信號(hào)左右，當(dāng)然引入干擾途徑也會(huì)在一定程度是經(jīng)過各種接地線導(dǎo)致。雷擊干擾方式主要有2種：一種是架空電源線，導(dǎo)致信號(hào)線遭遇雷擊造成干擾；另一種是信號(hào)電纜周圍遭遇雷擊，導(dǎo)致信號(hào)線上形成電容、電感耦合分布，進(jìn)而形成較大干擾，嚴(yán)重時(shí)損害設(shè)備，造成人身事故。

供電線路干擾

由于電廠中的大型設(shè)備啟動(dòng)關(guān)閉較為頻繁，對(duì)大型元件的開關(guān)操作也很頻繁，在這些大型電機(jī)設(shè)備開關(guān)時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)的大型交變磁場(chǎng)。交變磁場(chǎng)會(huì)在信號(hào)線上發(fā)生耦合，從而對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，而這些交變磁場(chǎng)也會(huì)對(duì)電源線產(chǎn)生高頻干擾，信號(hào)程度如果超過規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。為了保證在大型電機(jī)進(jìn)行開關(guān)時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，可以采用在電路中加入變壓器，保證在開關(guān)電機(jī)時(shí)不會(huì)因?yàn)殡妷鹤兓^大而產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。

—— 造成干擾的主要原因 ——

材料及設(shè)備問題

接入DCS系統(tǒng)的控制信號(hào)通常采用電纜作為傳輸介質(zhì)將信號(hào)送至DCS系統(tǒng)，當(dāng)信號(hào)電纜絕緣材料老化，屏蔽材質(zhì)損壞，即會(huì)被其他電磁干擾源干擾，干擾會(huì)造成測(cè)量的誤差，嚴(yán)重的干擾會(huì)造成設(shè)備損壞。

施工不規(guī)范

在DCS控制系統(tǒng)中，往往有很多信號(hào)同時(shí)接入DCS。這些信號(hào)線或者走電纜槽，或者走電纜管，造成現(xiàn)場(chǎng)很多不同種類電纜在同一個(gè)路徑附設(shè)。這些信號(hào)之間均有分布電容存在，會(huì)通過這些分布電容將干擾加到別的信號(hào)線上。同時(shí)，在傳輸信號(hào)的周圍環(huán)境產(chǎn)生交變的磁通，例如動(dòng)力線、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電源變壓器和繼電器等都會(huì)產(chǎn)生這種磁場(chǎng)。這些磁場(chǎng)往往會(huì)造成較大的干擾。

接地不合理

比較常見的接地事故是信號(hào)線的兩端均接地，這樣會(huì)因地電勢(shì)差而產(chǎn)生較大的干擾。如信號(hào)線的兩端同時(shí)接地，可能會(huì)有較大的電位差，這種電位差可能會(huì)在兩端之間的信號(hào)線上產(chǎn)生一個(gè)很大的環(huán)流。產(chǎn)生電磁波，干擾信號(hào)。還有DCS系統(tǒng)總接地電阻不符合DCS系統(tǒng)正常工作要求等等。

—— 如何抑制干擾 ——

保證信號(hào)線正常使用

在信號(hào)線的使用過程中，避免多條信號(hào)線糾纏在一起，同時(shí)定期對(duì)信號(hào)線進(jìn)行檢查，對(duì)有絕緣膠體有破損的信號(hào)線進(jìn)行修復(fù)和更換，以保證信號(hào)線的正常使用，避免發(fā)生漏電而對(duì)傳輸信號(hào)產(chǎn)生干擾。

將電纜分層敷設(shè)

將傳遞不同信號(hào)的電纜隔離開來，采用分層鋪設(shè)的方式對(duì)電纜進(jìn)行一定的調(diào)控，從而保證電纜之間不會(huì)相互作用。對(duì)于傳遞相同信號(hào)的電纜來說，也應(yīng)當(dāng)盡可能避免線路密集的糾纏，由于計(jì)算機(jī)端口在對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)對(duì)信號(hào)可以進(jìn)行一定程度的精密分析，所以如果有較為類似的信號(hào)互相發(fā)生信號(hào)干擾時(shí)，會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)的判斷產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致計(jì)算機(jī)工作過程中出現(xiàn)分析錯(cuò)誤。

信號(hào)線隔離

在設(shè)備運(yùn)行過程中，可以采用電纜隔離的方式將信號(hào)進(jìn)行隔離，從而保證信號(hào)之間不會(huì)產(chǎn)生相互影響。但隔離方式不僅可以將傳輸信號(hào)線進(jìn)行隔離，還可以在電腦端將信號(hào)進(jìn)行分類隔離，采用這種隔離方式可以很大程度上減小共模干擾對(duì)計(jì)算機(jī)造成的危害。還可以采用隔離放大器將信號(hào)的輸入端與計(jì)算機(jī)完全隔離，采用這種方式可以對(duì)阻斷干擾信號(hào)之間形成回路，抑制干擾的危害，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

供電系統(tǒng)隔離

由于一些現(xiàn)場(chǎng)常常會(huì)對(duì)大功率電機(jī)進(jìn)行開關(guān)，開關(guān)過程中會(huì)產(chǎn)生高頻信號(hào)，為了防止高頻電磁對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，可以通過在供電線路上安裝變壓器，可以對(duì)大功率電機(jī)開關(guān)所產(chǎn)生的高頻電磁進(jìn)行約束，避免對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

扭絞與屏蔽

信號(hào)導(dǎo)線的扭絞即雙絞線替代平行導(dǎo)線，可達(dá)到抑制磁場(chǎng)干擾效果。

屏蔽即采取金屬導(dǎo)體隔絕元件、組合件以及信號(hào)線。屏蔽可以很好的抑制電容性耦合噪聲。常用的方法是通過屏蔽雙絞線連接模擬信號(hào)。通常情況下，不但電噪聲干擾信號(hào)，而且強(qiáng)交變磁場(chǎng)也會(huì)干擾信號(hào)。因此，不但需要考慮電屏蔽，而且需要考慮磁屏蔽，可以采取導(dǎo)磁性能優(yōu)越(如鐵、鎳等)的導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)屏蔽措施。

做好接地

對(duì)于DCS接地系統(tǒng)，其主要包括2方面作用：一方面，在信號(hào)、供電電源進(jìn)入DCS系統(tǒng)后或其自身發(fā)生故障時(shí)，可以承擔(dān)超負(fù)荷電流而且能夠?qū)⑵鋫魅说刂?；另一方面，接地系統(tǒng)可以提供屏蔽層給DCS，進(jìn)而隔絕電子噪聲干擾，同時(shí)可以提供參考零電位給全部系統(tǒng)。所以DCS系統(tǒng)通常包含工作及保護(hù)2個(gè)接地。