探討DCS控制系統(tǒng)中的抗干擾問題

張子俊 陳雪飛

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

關(guān)鍵詞:DCS控制系統(tǒng)；抗干擾問題；解決方法

中圖分類號： TL503.6 文獻標(biāo)識碼： 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多，而且傳播凡是和途徑更是各不相同。在發(fā)電廠的運轉(zhuǎn)生產(chǎn)中，長期的干擾會造成嚴重的信號紊亂，進而影響生產(chǎn)的安全運轉(zhuǎn)，因此必須有效的隔離乃至預(yù)防各種干擾，從而來保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定的運行。

1、工程概況

江蘇射陽港電廠2х660MW燃煤發(fā)電機組工程控制系統(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,實現(xiàn)單元機組爐、機、電集中監(jiān)控,完成單元機組主輔機及熱力系統(tǒng)的檢測、控制、報警、聯(lián)鎖保護、故障診斷、機組啟/停、正常運行操作、事故處理和操作指導(dǎo)等功能。每臺機組配置40塊模件和擴展柜,2塊網(wǎng)絡(luò)柜,2塊電源柜,3塊DEH機柜,1塊ETS機柜,4塊MEH機柜。每臺機組配置28只DCS遠程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)計過程中計算機接地網(wǎng)采用電氣地作為計算機接地的方式,控制系統(tǒng)機柜與電源柜接地箱分開設(shè)置。控制系統(tǒng)的接地方案遵循一點接地的原則。

2、干擾源對系統(tǒng)的干擾

2.1、來自空間的輻射

干擾一般通過設(shè)置屏蔽電纜和局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。2.2來自系統(tǒng)外接線的干擾這種干擾在發(fā)電現(xiàn)場較嚴重。因為發(fā)電廠是強電場和強電磁場密集的地方。

2.2.1、來自電源的干擾

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,實際上,由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在,絕對隔離是不可能的。

2.2.2、來自信號線引入的干擾

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

2.2.3、來自接地系統(tǒng)混亂的干擾

接地系統(tǒng)混亂對DCS系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均,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，耦合進入的干擾也很小。對分散控制系統(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信號傳輸途徑引進分散控制系統(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，并用蓄電池儲存起來。使用時，通過逆變器為計算機可靠供電。此種交直流轉(zhuǎn)換技術(shù)，使得分散控制系統(tǒng)中的設(shè)備具有很強的抗電網(wǎng)干擾能力：因此，可以采用不問斷電源對電子計算機、測量變送器和公用儀表系統(tǒng)進行供電。

3.2、電纜敷設(shè)

與接線不同類型的信號及控制電纜分別由不同電纜傳輸,信號電纜應(yīng)按傳輸信號種類與動力電纜分層敖設(shè),嚴禁用同一電纜的不同導(dǎo)線同時傳送動力電源和信號,避免信號線與動力電纜靠近平行敖設(shè),以減少電磁干擾。對于信號電纜及控制電纜都采用了屏蔽電纜,在工程的實際使用過程中收到了不錯的效果。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,完善接地系統(tǒng)

本工程不設(shè)置單獨的DCS接地系統(tǒng),控制系統(tǒng)接地線采用并聯(lián)一點接地和串聯(lián)一點接地方式。DCS系統(tǒng)的過程控制柜之間通過接地電纜并聯(lián),由各控制機柜處單點接到DCS機柜專用接地箱,然后專用接地箱再通過接地電纜接至電氣接地點,接地點半徑10米內(nèi)無大電流、電壓啟停設(shè)備的接地點,要求整個接地線纜至接地點的電阻小于2Ω。使用雙路電源時,兩個電源最好在同一點接地。

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)，就是通過程序?qū)ΜF(xiàn)場檢測信號進行處理，以排除干擾對控制系統(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、汽動給水泵及其前置泵、開式水泵、閉式水泵的軸承溫度測點多次發(fā)生跳變的情況。通過在溫度測量邏輯中加入速率限制和差值限制，同時保留原來高限跳泵保護(如圖所示)，

取得了良好的切除干擾的效果。其基本思想是通過速率限制功能塊作用，將相鄰的凡和n+1時刻兩個采樣值y(n)和y(n+1)值相減。如果差值過大，超出了參數(shù)允許的最大限值，則認為發(fā)生了隨機干擾，邏輯利用SR觸發(fā)器記錄此情況，并自動退出跳泵保護，通過報警提示運行人員加強監(jiān)視，從而避免溫度保護誤動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)測量。典型應(yīng)用就是模擬量控制系統(tǒng)進行測量值三選中的邏輯功能(如圖所示)。

TSTQ模塊的作用：當(dāng)信號發(fā)生壞質(zhì)量情況時，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€通道的TSTQ模塊檢測到此信號壞質(zhì)量后，輸出由原來輸出“0”變?yōu)椤發(fā)”，此布爾量作用在T模塊的使能端，則T模塊輸出值由原來的l變?yōu)?，使輸出結(jié)果變?yōu)槿コ龎馁|(zhì)量信號后，其余兩個正常信號的算術(shù)平均值，從而達到消除干擾的目的。經(jīng)過處理的三個測量信號兩兩進行取大值比較后再進行取小選擇值，就能夠完成測量值三選中的邏輯功能。

4.3、算術(shù)平均濾波

基本原理是通過對某點數(shù)據(jù)進行多次測量，取其平均值作為該點的結(jié)果(如圖所示)。

省煤器出口給水壓力有兩個測量值，在分散控制系統(tǒng)邏輯中進行了加權(quán)相加，設(shè)定每個測量值的權(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采樣結(jié)果的影響，而且對隨機干擾的信號具有顯著的濾波效果。當(dāng)一個測量值出現(xiàn)較大波動時，還能將其權(quán)重設(shè)為0，另一個測量值權(quán)重設(shè)為l。故障情況下，仍然能夠臨時提供過程測量數(shù)據(jù)，保證分散控制系統(tǒng)的自動投入和連續(xù)運行。

5、工程調(diào)試過程中出現(xiàn)的典型事例及解決方法

在分部調(diào)試過程中,送風(fēng)機動葉位置反饋信號出現(xiàn)失真:控制指令為50％開度,但是位置反饋信號圍繞50％上下以較大幅度波動。由于現(xiàn)場送風(fēng)機動葉調(diào)節(jié)電動門的位置信號變送器自帶電源,電源的接地點A和DCS系統(tǒng)接地點B可能存在電勢差,不對稱接地在信號回路上產(chǎn)生電流,疊加在4～20mA的模擬信號上,從而導(dǎo)致位置反饋信號波動幅度較大。在信號回路C/D處增加信號隔離器,使干擾回路被斷開,信號恢復(fù)了正常。本工程兩臺汽泵前置泵都設(shè)置了前置泵跳閘信號,從6KV開關(guān)柜送至汽機DCS機柜,發(fā)現(xiàn)DCS機柜直流電源系統(tǒng)報警,由于兩個汽泵前置泵跳閘信號并接至開關(guān)柜控制回路與開關(guān)柜和DCS機柜信號回路形成環(huán)路,導(dǎo)致DCS機柜直流電源接地,于是將開關(guān)柜側(cè)兩信號斷開并重新選擇空端子連接,報警信號消除。

6、結(jié)語

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多，而且傳播方式和途徑都不盡相同。長期以來，這些干擾對分散控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、信號處理造成了極大的影響，嚴重的情況會導(dǎo)致機組跳閘保護動作，電力生產(chǎn)的中斷。在實際檢修工作中，從儀表選型、電纜屏蔽、數(shù)字濾波等硬件和軟件設(shè)計方面對分散控制系統(tǒng)抗干擾問題給予充分的考慮，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)長期安全穩(wěn)定地運行。

參考文獻：

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

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