張子俊 陳雪飛

摘要:隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)能源的需求日益增長(zhǎng)，其中，發(fā)電廠更是能源的基站，在發(fā)電廠工程實(shí)施及運(yùn)行中，必須綜合考慮各種控制系統(tǒng)的抗干擾性能，本文結(jié)合射陽(yáng)港發(fā)電廠三期工程DCS控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題和現(xiàn)象，分析了各種干擾因素對(duì)發(fā)電廠控制系統(tǒng)的影響,并提出與運(yùn)用了幾種有效的抗干擾措施。

關(guān)鍵詞:DCS控制系統(tǒng)；抗干擾問(wèn)題；解決方法

中圖分類(lèi)號(hào)： TL503.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

前言

發(fā)電廠設(shè)備眾多且相互關(guān)聯(lián)，因此其相互之間干擾不僅種類(lèi)多，而且傳播凡是和途徑更是各不相同。在發(fā)電廠的運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)中，長(zhǎng)期的干擾會(huì)造成嚴(yán)重的信號(hào)紊亂，進(jìn)而影響生產(chǎn)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，因此必須有效的隔離乃至預(yù)防各種干擾，從而來(lái)保證系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。

1、工程概況

江蘇射陽(yáng)港電廠2х660MW燃煤發(fā)電機(jī)組工程控制系統(tǒng)采用分散控制系統(tǒng)(DCS),由艾默生控制系統(tǒng)有限公司供貨,實(shí)現(xiàn)單元機(jī)組爐、機(jī)、電集中監(jiān)控,完成單元機(jī)組主輔機(jī)及熱力系統(tǒng)的檢測(cè)、控制、報(bào)警、聯(lián)鎖保護(hù)、故障診斷、機(jī)組啟/停、正常運(yùn)行操作、事故處理和操作指導(dǎo)等功能。每臺(tái)機(jī)組配置40塊模件和擴(kuò)展柜,2塊網(wǎng)絡(luò)柜,2塊電源柜,3塊DEH機(jī)柜,1塊ETS機(jī)柜,4塊MEH機(jī)柜。每臺(tái)機(jī)組配置28只DCS遠(yuǎn)程I/O智能數(shù)據(jù)采集前端。公用系統(tǒng)配置4塊模件柜,1塊電源柜。本工程在設(shè)計(jì)過(guò)程中計(jì)算機(jī)接地網(wǎng)采用電氣地作為計(jì)算機(jī)接地的方式,控制系統(tǒng)機(jī)柜與電源柜接地箱分開(kāi)設(shè)置?？刂葡到y(tǒng)的接地方案遵循一點(diǎn)接地的原則。

2、干擾源對(duì)系統(tǒng)的干擾

2.1、來(lái)自空間的輻射

干擾一般通過(guò)設(shè)置屏蔽電纜和局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護(hù)。2.2來(lái)自系統(tǒng)外接線的干擾這種干擾在發(fā)電現(xiàn)場(chǎng)較嚴(yán)重。因?yàn)榘l(fā)電廠是強(qiáng)電場(chǎng)和強(qiáng)電磁場(chǎng)密集的地方。

2.2.1、來(lái)自電源的干擾

電源引入的干擾造成控制系統(tǒng)故障的情況很多,雖然控制電源通常采用隔離電源,實(shí)際上,由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在,絕對(duì)隔離是不可能的。

2.2.2、來(lái)自信號(hào)線引入的干擾

與控制系統(tǒng)連接的各類(lèi)信號(hào)傳輸線,總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。控制系統(tǒng)因信號(hào)引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當(dāng)嚴(yán)重,由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。

2.2.3、來(lái)自接地系統(tǒng)混亂的干擾

接地系統(tǒng)混亂對(duì)DCS系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均,引起環(huán)路電流,影響系統(tǒng)正常工作。

3、硬件系統(tǒng)的可靠性和抗干擾措施

從分散控制系統(tǒng)的硬件方面加強(qiáng)抗干擾能力，主要措施有消除干擾源和切斷傳播途徑。

3.1、采用性能優(yōu)良的電源,抑制電網(wǎng)引入的干擾

分散控制系統(tǒng)采用的供電電源一般隔離性能較好，耦合進(jìn)入的干擾也很小。對(duì)分散控制系統(tǒng)造成干擾的因素主要是變送器的供電電源和與分散控制系統(tǒng)有直接電氣連接的儀表的供電電源。由于此類(lèi)電源的隔離變壓器分布參數(shù)大，抗干擾能力差，容易將電源干擾通過(guò)信號(hào)傳輸途徑引進(jìn)分散控制系統(tǒng)。不間斷電源是分散控制系統(tǒng)常用的一種電源，它能夠?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)換為直流電，并用蓄電池儲(chǔ)存起來(lái)。使用時(shí)，通過(guò)逆變器為計(jì)算機(jī)可靠供電。此種交直流轉(zhuǎn)換技術(shù)，使得分散控制系統(tǒng)中的設(shè)備具有很強(qiáng)的抗電網(wǎng)干擾能力：因此，可以采用不問(wèn)斷電源對(duì)電子計(jì)算機(jī)、測(cè)量變送器和公用儀表系統(tǒng)進(jìn)行供電。

3.2、電纜敷設(shè)

與接線不同類(lèi)型的信號(hào)及控制電纜分別由不同電纜傳輸,信號(hào)電纜應(yīng)按傳輸信號(hào)種類(lèi)與動(dòng)力電纜分層敖設(shè),嚴(yán)禁用同一電纜的不同導(dǎo)線同時(shí)傳送動(dòng)力電源和信號(hào),避免信號(hào)線與動(dòng)力電纜靠近平行敖設(shè),以減少電磁干擾。對(duì)于信號(hào)電纜及控制電纜都采用了屏蔽電纜,在工程的實(shí)際使用過(guò)程中收到了不錯(cuò)的效果。屏蔽電纜采用單端接地原則,全線路的屏蔽層應(yīng)有可靠的電氣連續(xù)性。

3.3、正確選擇接地點(diǎn),完善接地系統(tǒng)

本工程不設(shè)置單獨(dú)的DCS接地系統(tǒng),控制系統(tǒng)接地線采用并聯(lián)一點(diǎn)接地和串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。DCS系統(tǒng)的過(guò)程控制柜之間通過(guò)接地電纜并聯(lián),由各控制機(jī)柜處單點(diǎn)接到DCS機(jī)柜專(zhuān)用接地箱,然后專(zhuān)用接地箱再通過(guò)接地電纜接至電氣接地點(diǎn),接地點(diǎn)半徑10米內(nèi)無(wú)大電流、電壓?jiǎn)⑼ＴO(shè)備的接地點(diǎn),要求整個(gè)接地線纜至接地點(diǎn)的電阻小于2Ω。使用雙路電源時(shí),兩個(gè)電源最好在同一點(diǎn)接地。

4、軟件系統(tǒng)的可靠性和抗干擾技術(shù)

所謂軟件抗干擾技術(shù)，就是通過(guò)程序?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，以排除干擾對(duì)控制系統(tǒng)的影響。常用的軟件系統(tǒng)抗干擾措施采用數(shù)字濾波。數(shù)字濾波是通過(guò)一定的數(shù)學(xué)算法從數(shù)據(jù)序列中提取逼近真值數(shù)據(jù)的一種軟件方法。

4.1、限幅濾波

某廠凝結(jié)水泵、汽動(dòng)給水泵及其前置泵、開(kāi)式水泵、閉式水泵的軸承溫度測(cè)點(diǎn)多次發(fā)生跳變的情況。通過(guò)在溫度測(cè)量邏輯中加入速率限制和差值限制，同時(shí)保留原來(lái)高限跳泵保護(hù)(如圖所示)，

取得了良好的切除干擾的效果。其基本思想是通過(guò)速率限制功能塊作用，將相鄰的凡和n+1時(shí)刻兩個(gè)采樣值y(n)和y(n+1)值相減。如果差值過(guò)大，超出了參數(shù)允許的最大限值，則認(rèn)為發(fā)生了隨機(jī)干擾，邏輯利用SR觸發(fā)器記錄此情況，并自動(dòng)退出跳泵保護(hù)，通過(guò)報(bào)警提示運(yùn)行人員加強(qiáng)監(jiān)視，從而避免溫度保護(hù)誤動(dòng)作而引起的水泵跳閘。

4.2、中值濾波

中值濾波能夠有效地克服因偶然因素引起的波動(dòng)或采樣器不穩(wěn)定引起的誤碼等造成的脈沖干擾，適用于變化緩慢的參數(shù)測(cè)量。典型應(yīng)用就是模擬量控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量值三選中的邏輯功能(如圖所示)。

TSTQ模塊的作用：當(dāng)信號(hào)發(fā)生壞質(zhì)量情況時(shí)，該模塊能夠產(chǎn)生正脈沖。T模塊的作用：根據(jù)使能端狀態(tài)，自動(dòng)選擇輸出值等于輸入值1或者是輸入值2。在上述邏輯圖中，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)通道的TSTQ模塊檢測(cè)到此信號(hào)壞質(zhì)量后，輸出由原來(lái)輸出“0”變?yōu)椤發(fā)”，此布爾量作用在T模塊的使能端，則T模塊輸出值由原來(lái)的l變?yōu)?，使輸出結(jié)果變?yōu)槿コ龎馁|(zhì)量信號(hào)后，其余兩個(gè)正常信號(hào)的算術(shù)平均值，從而達(dá)到消除干擾的目的。經(jīng)過(guò)處理的三個(gè)測(cè)量信號(hào)兩兩進(jìn)行取大值比較后再進(jìn)行取小選擇值，就能夠完成測(cè)量值三選中的邏輯功能。

4.3、算術(shù)平均濾波

基本原理是通過(guò)對(duì)某點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次測(cè)量，取其平均值作為該點(diǎn)的結(jié)果(如圖所示)。

省煤器出口給水壓力有兩個(gè)測(cè)量值，在分散控制系統(tǒng)邏輯中進(jìn)行了加權(quán)相加，設(shè)定每個(gè)測(cè)量值的權(quán)重是0．5，相當(dāng)于取兩數(shù)的平均值作為省煤器出口給水壓力。此措施不僅能夠減少周期性干擾對(duì)采樣結(jié)果的影響，而且對(duì)隨機(jī)干擾的信號(hào)具有顯著的濾波效果。當(dāng)一個(gè)測(cè)量值出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)，還能將其權(quán)重設(shè)為0，另一個(gè)測(cè)量值權(quán)重設(shè)為l。故障情況下，仍然能夠臨時(shí)提供過(guò)程測(cè)量數(shù)據(jù)，保證分散控制系統(tǒng)的自動(dòng)投入和連續(xù)運(yùn)行。

5、工程調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的典型事例及解決方法

在分部調(diào)試過(guò)程中,送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉位置反饋信號(hào)出現(xiàn)失真:控制指令為50％開(kāi)度,但是位置反饋信號(hào)圍繞50％上下以較大幅度波動(dòng)。由于現(xiàn)場(chǎng)送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉調(diào)節(jié)電動(dòng)門(mén)的位置信號(hào)變送器自帶電源,電源的接地點(diǎn)A和DCS系統(tǒng)接地點(diǎn)B可能存在電勢(shì)差,不對(duì)稱(chēng)接地在信號(hào)回路上產(chǎn)生電流,疊加在4～20mA的模擬信號(hào)上,從而導(dǎo)致位置反饋信號(hào)波動(dòng)幅度較大。在信號(hào)回路C/D處增加信號(hào)隔離器,使干擾回路被斷開(kāi),信號(hào)恢復(fù)了正常。本工程兩臺(tái)汽泵前置泵都設(shè)置了前置泵跳閘信號(hào),從6KV開(kāi)關(guān)柜送至汽機(jī)DCS機(jī)柜,發(fā)現(xiàn)DCS機(jī)柜直流電源系統(tǒng)報(bào)警,由于兩個(gè)汽泵前置泵跳閘信號(hào)并接至開(kāi)關(guān)柜控制回路與開(kāi)關(guān)柜和DCS機(jī)柜信號(hào)回路形成環(huán)路,導(dǎo)致DCS機(jī)柜直流電源接地,于是將開(kāi)關(guān)柜側(cè)兩信號(hào)斷開(kāi)并重新選擇空端子連接,報(bào)警信號(hào)消除。

6、結(jié)語(yǔ)

由于發(fā)電廠設(shè)備眾多且啟停頻繁，由此造成的干擾不僅種類(lèi)多，而且傳播方式和途徑都不盡相同。長(zhǎng)期以來(lái)，這些干擾對(duì)分散控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理造成了極大的影響，嚴(yán)重的情況會(huì)導(dǎo)致機(jī)組跳閘保護(hù)動(dòng)作，電力生產(chǎn)的中斷。在實(shí)際檢修工作中，從儀表選型、電纜屏蔽、數(shù)字濾波等硬件和軟件設(shè)計(jì)方面對(duì)分散控制系統(tǒng)抗干擾問(wèn)題給予充分的考慮，在可能引入干擾的回路，設(shè)置各種數(shù)字濾波和隔離措施，有效防止干擾引起分散控制系統(tǒng)誤動(dòng)作或設(shè)備損壞，從而提高系統(tǒng)的抗干擾能力，保證分散控制系統(tǒng)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]張勇明．探討Dcs控制系統(tǒng)的接地問(wèn)題及防護(hù)[J]．硅谷，201l，(1)．

[2]盧銘慶．控制系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)可靠性分析及改進(jìn)[J]．江西電力，2005，(6)．