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DCS信號干擾原因分析及抑制

更新時間:2021-09-30 17:35:21 點擊數:10527

隨著我國工業的發展,對工業控制系統自動化水平的要求也在不斷提高,為了滿足自動化控制的要求,DCS系統已經廣泛運用于工業自動化控制。因此,DCS控制系統的可靠性直接影響到工業企業的安全生產和經濟運行,其中系統的抗干擾能力是關系到整個系統可靠運行的關鍵。目前,自動化系統中所使用的各種控制系統大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環境中。在施工現場,電氣設備、儀表、DCS控制系統、DCS系統之間進行信號傳輸時,往往存在干擾,造成系統不穩定甚至誤操作,必須得到重視。


—— 主要有哪些引入干擾 ——



電阻耦合干擾

工作過程中,由于許多工廠對于電線老化問題較為忽視。當多種信號線路一起進行信號傳輸時,會由于電線上的絕緣材料老化漏電而影響到其他傳輸信號,對其他傳輸信號有所干擾。除此之外,不僅信號線老化會對其他信號線產生影響,而一些大功率電路(例如:產熱電路)在使用中如果發生線路老化,也會對信號產生很大干擾。

電容電感耦合干擾

通常的時候,被控現場的控制柜接入了諸多信號線,這些信號線有的使用電纜槽,有的使用電纜管,尤其是諸多信號同時布線,而信號間存在電容分布,會對別的信號線形成干擾。特別是在交流信號線四周形成交變磁通,進而在并行導體間形成電勢,造成電勢干擾信號。

雷擊干擾

當發生雷擊時,較大的電磁干擾也許會形成于所需信號左右,當然引入干擾途徑也會在一定程度是經過各種接地線導致。雷擊干擾方式主要有2種:一種是架空電源線,導致信號線遭遇雷擊造成干擾;另一種是信號電纜周圍遭遇雷擊,導致信號線上形成電容、電感耦合分布,進而形成較大干擾,嚴重時損害設備,造成人身事故。

供電線路干擾

由于電廠中的大型設備啟動關閉較為頻繁,對大型元件的開關操作也很頻繁,在這些大型電機設備開關時會產生瞬時的大型交變磁場。交變磁場會在信號線上發生耦合,從而對系統產生干擾,而這些交變磁場也會對電源線產生高頻干擾,信號程度如果超過規定范圍也會對系統產生影響。為了保證在大型電機進行開關時對系統進行保護,可以采用在電路中加入變壓器,保證在開關電機時不會因為電壓變化過大而產生交變磁場。



—— 造成干擾的主要原因 ——



材料及設備問題

接入DCS系統的控制信號通常采用電纜作為傳輸介質將信號送至DCS系統,當信號電纜絕緣材料老化,屏蔽材質損壞,即會被其他電磁干擾源干擾,干擾會造成測量的誤差,嚴重的干擾會造成設備損壞。

施工不規范

DCS控制系統中,往往有很多信號同時接入DCS。這些信號線或者走電纜槽,或者走電纜管,造成現場很多不同種類電纜在同一個路徑附設。這些信號之間均有分布電容存在,會通過這些分布電容將干擾加到別的信號線上。同時,在傳輸信號的周圍環境產生交變的磁通,例如動力線、電動機、發電機、電源變壓器和繼電器等都會產生這種磁場。這些磁場往往會造成較大的干擾。

接地不合理

比較常見的接地事故是信號線的兩端均接地,這樣會因地電勢差而產生較大的干擾。如信號線的兩端同時接地,可能會有較大的電位差,這種電位差可能會在兩端之間的信號線上產生一個很大的環流。產生電磁波,干擾信號。還有DCS系統總接地電阻不符合DCS系統正常工作要求等等。



—— 如何抑制干擾 ——



保證信號線正常使用

在信號線的使用過程中,避免多條信號線糾纏在一起,同時定期對信號線進行檢查,對有絕緣膠體有破損的信號線進行修復和更換,以保證信號線的正常使用,避免發生漏電而對傳輸信號產生干擾。

將電纜分層敷設

將傳遞不同信號的電纜隔離開來,采用分層鋪設的方式對電纜進行一定的調控,從而保證電纜之間不會相互作用。對于傳遞相同信號的電纜來說,也應當盡可能避免線路密集的糾纏,由于計算機端口在對信號進行處理時對信號可以進行一定程度的精密分析,所以如果有較為類似的信號互相發生信號干擾時,會對計算機的判斷產生影響,從而導致計算機工作過程中出現分析錯誤。

信號線隔離

在設備運行過程中,可以采用電纜隔離的方式將信號進行隔離,從而保證信號之間不會產生相互影響。但隔離方式不僅可以將傳輸信號線進行隔離,還可以在電腦端將信號進行分類隔離,采用這種隔離方式可以很大程度上減小共模干擾對計算機造成的危害。還可以采用隔離放大器將信號的輸入端與計算機完全隔離,采用這種方式可以對阻斷干擾信號之間形成回路,抑制干擾的危害,保證系統的正常運行。

供電系統隔離

由于一些現場常常會對大功率電機進行開關,開關過程中會產生高頻信號,為了防止高頻電磁對系統產生干擾,可以通過在供電線路上安裝變壓器,可以對大功率電機開關所產生的高頻電磁進行約束,避免對系統產生影響。

扭絞與屏蔽

信號導線的扭絞即雙絞線替代平行導線,可達到抑制磁場干擾效果。

屏蔽即采取金屬導體隔絕元件、組合件以及信號線。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。通常情況下,不但電噪聲干擾信號,而且強交變磁場也會干擾信號。因此,不但需要考慮電屏蔽,而且需要考慮磁屏蔽,可以采取導磁性能優越(如鐵、鎳等)的導體實現屏蔽措施。

做好接地

對于DCS接地系統,其主要包括2方面作用:一方面,在信號、供電電源進入DCS系統后或其自身發生故障時,可以承擔超負荷電流而且能夠將其傳人地中;另一方面,接地系統可以提供屏蔽層給DCS,進而隔絕電子噪聲干擾,同時可以提供參考零電位給全部系統。所以DCS系統通常包含工作及保護2個接地。

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