方秋琳

（華潤水泥（南寧）有限公司 廣西南寧 530000）

水泥工業(yè)DCS控制系統(tǒng)的抗干擾措施探討

方秋琳

（華潤水泥（南寧）有限公司 廣西南寧 530000）

幾年來我國的科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度越來越快，推動著工業(yè)的迅速發(fā)展，尤其是在水泥工業(yè)的控制過程中，DCS的應(yīng)用十分廣泛，并且受到高度關(guān)注，這項系統(tǒng)屬于工業(yè)控制系統(tǒng)之一，對工業(yè)行業(yè)的經(jīng)濟運營、安全生產(chǎn)等影響較大，這一系統(tǒng)所具備的抗干擾功能已經(jīng)成為了維護工業(yè)系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要保障。本文首先分析了工業(yè)控制系統(tǒng)中的干擾來源，進一步研究抗干擾的相關(guān)措施，確保工業(yè)生產(chǎn)安全、穩(wěn)定的運行。

水泥工業(yè)；DCS系統(tǒng)；抗干擾；穩(wěn)定運行

前言

水泥行業(yè)支撐著我國社會經(jīng)濟持續(xù)增長的一大來源，尤其是在科技迅猛發(fā)展的背景下，使得水泥行業(yè)不管是生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)技術(shù)，還是產(chǎn)品質(zhì)量、品種等均得到大幅度發(fā)展。在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，電氣設(shè)備的控制已經(jīng)從陳舊的繼電控制，逐步發(fā)展成為目前的DCS系統(tǒng)控制。但是，在這個控制系統(tǒng)中，由于會受到多方面因素的影響，使系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運行受到一定的干擾，特別是在水泥生產(chǎn)過程中，難以充分發(fā)揮DCS系統(tǒng)的控制作用，所以，解決一切干擾系統(tǒng)運行的因素，十分必要。

1 分析干擾DCS系統(tǒng)運行的來源

1.1 系統(tǒng)的外引線引起干擾

（1）接地系統(tǒng)出現(xiàn)混亂，出現(xiàn)干擾問題。一般情況下，在實際工作過程當中會采取接地方式來增強電子設(shè)備的電磁兼容性，不科學(xué)的接地方式就會使得系統(tǒng)信號受到嚴重干擾，進而使得系統(tǒng)的可靠運行受到直接影響。若電氣設(shè)備的接地出現(xiàn)混亂，則各個接地點間就會存在一定的電位差而出現(xiàn)環(huán)路電流，例如電纜屏蔽層的接地點為一點，若屏蔽層的兩端都出現(xiàn)接地情況，那么就會出現(xiàn)電位差導(dǎo)致電流從屏蔽層流過，設(shè)備在這種狀態(tài)下運行，一旦有雷擊現(xiàn)象發(fā)生，就會增加地線的電流，很可能燒壞設(shè)備。此外，接地線和地表、屏蔽層之間極易形成閉合回路，當設(shè)備受到磁場變化因素影響的時候，屏蔽層會出現(xiàn)感應(yīng)電，就會干擾到系統(tǒng)信號。若接地的方式處理不妥善，同一地線上很容易分布不同程度的差異電位，進而對給DCS系統(tǒng)的內(nèi)邏輯或者模擬電路等帶來不利。

（2）電源干擾。DCS的控制系統(tǒng)正常運行需要電網(wǎng)給予供電，電網(wǎng)覆蓋的面積十分廣泛，極有可能遭受空間電磁干擾，此外，若電網(wǎng)發(fā)生內(nèi)部變化，例如開關(guān)操作浪涌，或大型設(shè)備啟停以及電網(wǎng)短路等，都會傳送到電源原邊，DCS系統(tǒng)的電源大多采取隔離電源，但是如果制造工藝較差就會降低其隔離性能，使得控制系統(tǒng)受到電源原邊傳來的電源干擾。

（3）信號線干擾。DCS的控制系統(tǒng)需要與各類信號線連接，這些信號線在對系統(tǒng)傳輸有效信息的同時，還有可能將外部的一些干擾信號帶入系統(tǒng)，造成干擾問題。干擾信號的侵入途徑有兩種：①通過系統(tǒng)變速器的供電電源侵入；②與系統(tǒng)共用同一個信號儀表供電電源，使得系統(tǒng)容易收到電網(wǎng)干擾，一般情況下后者常常受到工作人員的重視。當信號線遭受空間外部感應(yīng)的干擾時，信號線也會引入干擾，從而對I/O信號造成影響，而且還會降低信號測量精度，嚴重時甚至損傷元器件；若水泥生產(chǎn)過程中采用的系統(tǒng)隔離性較差，則信號之間也會產(chǎn)生相互干擾的情況，使得共地系統(tǒng)出現(xiàn)總線回流。如果這類干擾問題沒有得到及時處理，則系統(tǒng)的邏輯數(shù)據(jù)就會出現(xiàn)變化，或者發(fā)生死機、誤動等。

1.2 受空間的輻射干擾

由于受到雷電、電力網(wǎng)絡(luò)、雷達或者高頻感應(yīng)設(shè)備等因素的影響，使得水泥生產(chǎn)過程中形成一定的輻射電磁場，即輻射干擾；若DCS系統(tǒng)處于射頻場時必然受其干擾?？臻g輻射干擾對DCS系統(tǒng)造成的影響有兩種：①內(nèi)部輻射干擾，通過電路感應(yīng)而形成；②經(jīng)通信線路感應(yīng)而引入干擾；DCS系統(tǒng)的輻射干擾和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備布置的情況、設(shè)備形成電磁場的大多有密切的關(guān)聯(lián)，這種輻射通常可以采用DCS系統(tǒng)的局部屏蔽、屏蔽電纜等方式來解決。

1.3 來自系統(tǒng)內(nèi)部干擾

系統(tǒng)內(nèi)部造成的干擾是指系統(tǒng)的內(nèi)部元件與各電路受到電磁輻射作用下形成干擾，例如邏輯電路的輻射干擾以及對模擬電路的干擾等，均屬于DCS系統(tǒng)內(nèi)部干擾，對水泥企業(yè)而言，這類干擾難以消除，所以選擇一些運行效率較好的系統(tǒng)會降低干擾帶來的影響。

2 對DCS系統(tǒng)的抗干擾措施

2.1 電纜的選擇、敷設(shè)應(yīng)當科學(xué)合理

在水泥生產(chǎn)過程當中，為了使動力電纜的輻射干擾盡可能減至最低，尤其是變頻裝置的饋線電纜所造成的干擾，應(yīng)當選擇銅帶的鎧裝來對電力電纜進行屏蔽。同時對于類型不同的信號，要選擇相應(yīng)電纜來傳輸，不可混合傳輸，造成信號混亂。在敷設(shè)信號電纜的過程中需要按照傳輸信號的種類來進行分層敷設(shè)，不可集中于一層，此時還應(yīng)注意的是不可以借助同一個電纜的導(dǎo)線，同時傳送信號和動力電源。

2.2 選擇使用抗干擾能力強的設(shè)備

在選擇設(shè)備的時候：①選擇使用抗干擾能力強的設(shè)備，這里所說的抗干擾能力包括了對電磁的兼容性，特別要選擇使用抗外源干擾力強的設(shè)備。例如選擇采用隔離性能較高的DCS系統(tǒng)、浮地技術(shù)等；②抗干擾設(shè)備的應(yīng)用還需借助其生產(chǎn)廠商提供的抗干擾指標來選擇，例如設(shè)備的差模擬、共模擬制比以及在強磁場環(huán)境中允許的最大電場強度、最高頻率等；③需參考這類設(shè)備在在類似的工作中創(chuàng)下的實際績效；④選擇一些國外進口的設(shè)備產(chǎn)品時，應(yīng)當要注意其電網(wǎng)制式，因為我國電網(wǎng)的內(nèi)阻較大，零點電位、地電位的變化都相對較大，我國工業(yè)現(xiàn)場電磁干擾會比歐美國家高出兩倍，甚至更多，因此，選擇國外產(chǎn)品的時候?qū)ο到y(tǒng)的抗干擾能力要求應(yīng)當更高，需根據(jù)實際情況來做合理的選擇。

2.3 軟件的抗干擾

2.3.1 延時確認

輸入開關(guān)量的時候，軟件延時可選擇20ms，并且對同一信號讀入兩次或兩次以上時，確認結(jié)果一致之后才能輸入。此外，還可以選擇延遲時間接通的定時器或者借助DCS掃描的周期時間來實現(xiàn)時間的延遲；輸入模擬量的時候，為了進一步消除生產(chǎn)現(xiàn)場的瞬時干擾對系統(tǒng)的影響，可應(yīng)用軟件數(shù)字濾波技術(shù)來進行，例如平均值法、中值法等。

2.3.2 封鎖干擾

如果系統(tǒng)運行過程中，有一些干擾是可以進行提前預(yù)知的，例如DCS系統(tǒng)的輸出命令使執(zhí)行設(shè)備出現(xiàn)火花，電弧信號可能是DCS接收到錯誤的信息等，在面對這些可以預(yù)知的干擾時可選擇軟件封鎖的方式封鎖某些DCS的輸入信號，等到干擾易發(fā)時期過去之后再取消封鎖即可。

2.3.3 對故障進行檢測、診斷

DCS的控制系統(tǒng)本身就帶有自診斷的功能，也可以借助其他的設(shè)備工具來找出故障部位及部件，工作人員只需根據(jù)系統(tǒng)的這種自診功能更換故障部位，系統(tǒng)功能就可以恢復(fù)且正常運行。此外，在故障檢測、診斷過程中，還可以采取一些常用技術(shù)，例如采取信息冗余技術(shù)來設(shè)計軟件的標志位；使用間接跳轉(zhuǎn)來設(shè)置一個軟件陷阱，以此提高系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)可靠性等。

2.4 選擇正確的接地點，確保接地系統(tǒng)安全可靠

電氣設(shè)備都需要進行接地，其目的就是為了保障設(shè)備安全運行和控制干擾。所以建立一個良好的接地系統(tǒng)對強化DCS系統(tǒng)的抗電磁干擾能力十分重要。一般情況下，系統(tǒng)接地方式包括了直接接地、電容接地以及浮地等，實際上DCS系統(tǒng)屬于一種低電平、高速度的控制裝置。所以只需要直接采取直接接地即可，系統(tǒng)受到信號電纜的分布電容、輸入裝置的濾波等因素作用下，各裝置之間信號交換的頻率不會高于1MHz，所以系統(tǒng)可以直接采取串聯(lián)一點或者并聯(lián)一點的方式來接地線；一些集中系統(tǒng)的接地線主要采用并聯(lián)一點的接地方式來進行，也可以把各裝置的中心接地線單獨與接地線鏈接，接地線需用銅導(dǎo)線進行，且截面必須大于22mm2，總母線應(yīng)當使用截面大于60mm2的銅線。接地電阻建議控制在2Ω以內(nèi)，而接地極和建筑物之間的距離以10～15m最佳，系統(tǒng)的接地點與強電設(shè)備的接地點間距應(yīng)大于10m，圖1為DCS系統(tǒng)的接地實例。

圖1 DCS系統(tǒng)的接地實例

3 結(jié)束語

DCS的控制系統(tǒng)抗干擾處理極為復(fù)雜，所以工作人員應(yīng)當對所有可能對系統(tǒng)造成干擾的因素進行分析，并且對干擾原料、來源、類型等充分認識，有助于采取有效且科學(xué)合理的措施進行干擾排除，確保系統(tǒng)電磁兼容性良好，使得系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行。

[1]曾 偉.淺談DCS系統(tǒng)中的抗干擾措施[J].內(nèi)蒙古石油化工，2013，15（22）：68～70.

[2]錢俊偉，蘇保華.DCS控制系統(tǒng)的干擾源及抗干擾措施[J].儀表技術(shù)，2013，11（10）：45～47.

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2016-2-20

方秋琳（1983-），女，助理工程師，本科，主要從事自動化控制系統(tǒng)DCS等工作。