自控系統信號干擾問題探討

摘 要：本文從儀長線站控SCADA系統因干擾而產生的誤信號的處理入手，簡要分析了干擾產生的現象、原因及其處理措施，經過對各類干擾產生的原因及現象，采用不同的應對措施，消除了干擾信號對系統運行的影響，保證了系統運行準確可靠。

關鍵詞：自控系統 信號干擾

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（a）-0024-01

儀長線SCADA系統是保證原油輸送生產正常運行的重要保障，系統功能包括數據采集、監視、設備遠程操控、設備安全聯鎖等。在系統投用后，發現了部分DI（離散量輸入）信號與現場設備信號不一致，并且系統中DI模塊信號輸入指示燈閃爍頻繁，狀態指示不穩定，指示給操作人員錯誤信息，對生產運行帶來了安全隱患。經過分析、測試，采用應對措施，最終解決了問題。本文對具體過程進行詳細介紹。

1 存在問題

在SCADA系統投用測試時，觀察人機界面HMI，發現加熱爐控制系統DI狀態指示和燃油泵DI狀態指示在設備運行過程中來回頻繁切換，后停運加熱爐其DI狀態正常、停運燃油泵其DI狀態指示依然切換，與實際狀態不相符，對安全生產造成了不便和安全隱患。加熱爐和燃油泵狀態指示主要有：運行/停止、遠控/就地、故障/正常。經過查詢HMI事件記錄，加熱爐和燃油泵的幾個狀態指示狀態切換頻繁，干擾了操作人員正常查詢事件記錄。

2 故障查找

經過對現象進行分解排查，進行逐項分析排查。

信號處理流程圖如圖1。

通過流程圖可知，主要可能產生干擾的環節分別為①、②、③，分別對幾個環節進行分析與處理。

2.1 SCADA系統單獨測試

SCADA系統DI模塊為140DDI35300，該模塊性能參數如下。

輸入信號為24 VDC信號；

接通電平電壓+18～30 VDC；

斷開電平電壓-3～+5 VDC；

絕對最大輸入：①連續30 VDC，②56 VDC衰減脈沖1.5 ms

響應時間1 ms。

正常使用時，現場信號為無源觸點，通過SCADA系統24 VDC檢測回訊信號獲取現場狀態。

將信號連接電纜從信號連接端子上解除，采用信號發生器給出高電平、短接系統電源高電平與模塊輸入端等方式單獨對SCADA系統進行測試，結果證明，SCADA系統對測試信號響應正確可靠。說明干擾信號與SCADA系統無關聯。

2.2 對電纜回路進行測試

核查施工資料顯示電纜敷設符合規范，檢查電纜屏蔽層接地符合要求。解開電纜芯接線，使用數字萬用表測量電纜芯對地電壓，加熱爐信號電纜芯對地接近無電壓，燃油泵信號電纜芯對地有變動較迅速的零至數十伏交流電壓。

2.3 對現場設備進行測試

2.3.1 對加熱爐信號測試

加熱爐停運，加熱爐控制回路切斷電源，在設備端使用信號發生器進行測試，SCADA系統對測試信號響應正確可靠。保持加熱爐停運，加熱爐控制回路接通電源，HMI狀態正常。加熱爐運行后，即發生指示信號切換，說明該信號串擾現象為設備運行時引入的。因設備運行需要，加熱爐配置有大功率變頻風機，變頻器控制回路與加熱爐控制回路有信號聯接，設備安裝時已采取了屏蔽、接地、隔離等防止干擾的措施，使用萬用表測量該干擾電壓難以測量出電位。經分析應該是因為電磁輻射、感應耦合等原因導致狀態信號電纜芯中產生了短暫的高于SCADA系統DI模塊接通電平的電位。

2.3.2 對燃油泵信號進行測試

燃油泵停運，燃油泵控制回路切斷電源，在設備端使用模擬信號進行測試，SCADA系統對模擬信號響應正常。在燃油泵運行后，系統即產生了信號頻繁切換擾動。該燃油泵電機為6 kV等級，結合信號電纜芯對地有變動較迅速的零至數十伏交流電壓，初步分析應是高電壓的交流回路對SCADA信號電纜產生了干擾，致使模塊對該干擾作出了響應。

3 處理措施

3.1 加熱爐串擾信號處理

經測量，加熱爐變頻器工作時產生的干擾信號在模塊絕對最大輸入范圍內，不會對模塊造成損壞。通過波形分析，該串擾信號為持續尖峰信號。針對這種情況，因模塊的響應時間極迅速，可使用在SCADA系統中加入信號濾波處理，消除信號串擾，而且不會對生產造成影響。通過修改模塊信號處理程序，對所對應的輸入通道加入1s時間的濾波處理，經過運行測試后，HMI加熱爐信號串擾現象消除，因濾波帶來的微短時間信號延遲不會對生產造成不良影響。

3.2 燃油泵信號干擾處理

經測量，干擾電壓為變動的交流電壓，最大約為40 V，超過了模塊的絕對最大輸入范圍，雖然擾動持續時間短，但考慮到設備長期運行，可能會對模塊造成損傷，采用模塊信號濾波的方法不適用。針對這種干擾，對信號采用硬件隔離的方法比較適宜。

針對現場情況，選用了使用220 VAC繼電器進行隔離，其原理圖如圖2。

系統運行時，現場干擾信號電壓相對220 VAC較低，且經過繼電器線圈、電阻等原件消耗，無法使繼電器閉合。現場狀態有效時，通過220 VAC回訊電壓使繼電器閉合，模塊接收標準信號，輸入正確有效。

系統加入隔離電路后，經運行測試，系統運行良好，原信號干擾現象消除。

4 結語

總結對干擾信號的分析、處理措施，小結如下。

（1）在分析干擾信號的基礎上，不必增加硬件，通過軟件編程即可解決信號顯示不準確的問題。

（2）針對中間環節可能會產生的干擾，可在設計中采用控制信號電纜與狀態信號電纜分開，通過電纜屏蔽層接地消除彼此干擾，在施工中嚴格按照規范進行，強電電纜與弱電電纜分開獨立敷設或保持有效距離，不能保證有效距離的按規范要求在兩類電纜間加隔離板。

（3）可采用系統中加入濾波或者硬件隔離的方法進行干擾信號的消除。

通過實施上述應對措施，現場的干擾信號得到了有效處理，現系統運行正常可靠。總結以上對干擾信號的查找、分析和處理等相關工作，可對實際生產運行過程中的自控系統干擾問題的處理提供經驗。