化肥廠DCS系統的抗干擾措施

摘 要：以青海鹽湖股份公司化工分公司化肥廠二車間的三套S7-400H DCS系統和四套ITCC系統為例，對系統在建設過程中采用的抗干擾發放進行了簡介。

關鍵詞：化肥廠；DCS系統；抗干擾

現代大型化工廠工藝復雜程度越來越高，對控制的精度和要求也越來越高。盡管DCS模塊在設計及制造中采用標準化集成電路為基本單元的電子裝置，在設計和制造時已經采取了一系列的隔離和抗干擾措施，但仍然無法完全避免各類干擾源。如果無法處理或隔離這類干擾源，輕則會發生控制系統失靈，控制精度達不到要求。重則會發生燒毀通道甚至損壞機柜內模塊的情況。所以，國標《電子信息系統機房設計規范GB50174-2008》對DCS機柜間設計、安裝、防靜電、防雷接地、防電磁干擾都做出了具體要求。文章以青海鹽湖股份公司化工分公司化肥廠二車間為例，介紹了從項目建設時期到試車期間DCS系統所采用的抗干擾措施和方法。

1 機柜間及主控室靜電危害與消除

（1）靜電危害：靜電主要是由兩種不同起電序列的物體通過摩擦、碰撞、剝離等方式在接觸又分離之后在一種物體積聚正電荷，另一種物體上積聚等量負電荷而形成的。靜電感應、壓電效應、電磁輻射感應也可以產生很高的靜電電壓。在機房中，人是最主要的移動靜電源。據測算，人行走時，膠底鞋與地板摩擦所產生的靜電電壓高達5000V，化纖衣物與工作臺摩擦產生的靜電高達800V。一般條件下，機房內相對濕度保持在50%±5%。低于此值時，就可能產生靜電故障。西北地區相對干燥，濕度在30%以下，故障率會顯著增加。靜電對計算機硬件和系統軟件都可能較大危害。靜電對機房計算機系統造成的危害主要表現在以下方面：磁盤讀寫失敗，通訊中斷，而且可能導致某些電氣元件，電路板、雙極性電路的擊穿或燒毀。此外靜電對計算機的外部設備也有明顯的影響，靜電引起的問題不僅硬件人員很難查出，有時工作人員還會誤認為是軟件故障，從而造成工作混亂。靜電累計到一定程度對人或計算機或其他設備進行放電時，也會給人以觸電的感覺。

（2）防靜電措施：消除機柜間靜電的經典措施主要是控制柜間的濕度，有效的接地以及安裝防靜電地板。衡量防靜電地板的主要指標有系統電阻、靜電電壓及表面電阻。系統電阻是從地板表面至大地的絕緣電阻，為了防止靜電荷的沉淀，電阻阻值應為106～109Ω。機柜間靜電電壓一般認為溫度在21±5℃，相對濕度為30%時，地板的靜電電壓值應低于2500V。這里我們使用全鋼防靜電地板以及M型等電位連接接地的方式.防靜電地板也叫耗散靜電地板，當它接地或連接到任何較低電位點時，電荷可以快速耗散，地板表面絕緣電阻值為105～109Ω。這種地板采用防靜電瓷磚作為面層，復合全鋼地板或水泥刨花層、地板四周導電膠條封邊而成。具有防靜電性能穩定、環保、防火、高耐磨、高壽命、高承載、防水、防潮等優點，適用于各類機房。防靜電地板四角用金屬支架支撐，在金屬支架下敷設25mm2的銅帶，按照地板寬度敷設邊長為0.6M的矩形網格，網格四周設置有等電位連接帶，并通過等電位連接導體將等電位連接帶與匯流排連接在一起，匯流排則與建筑物接地網相連，接地網的電阻小于1Ω。

2 電源及信號傳輸過程中的干擾源

儀表的發展在經歷了基地式儀表、單元組合式儀表、以微處理器為單元的智能型儀表幾個階段。目前，工廠內所使用的絕大部分檢測和控制儀表多使用二線制智能變送器、定位器。它們所使用的電源為系統提供的24VDC電源。在實際使用中，電網提供220VAC或380VAC電源。交流電源經過開關電源的變壓、整流、濾波、穩壓后對現場儀表提供穩定的24VDC電源。其中，整流的作用是利用具有單向導電性能的整流元件，將正負交替的正弦交流電壓整流成單方向的脈動電壓；然后經過濾波，濾波器由電容、電感等儲能元件組成，它的作用是盡可能將單向脈沖電壓中脈動成分過濾掉，使輸出電壓成為比較平穩的直流電壓；最后進入穩壓電路維持輸出電壓的穩定。

在電源和信號傳輸過程中我們采用本安型總屏+分屏式儀表電纜。這種電纜的特點是具有低電容和低電感，并具有極好的屏蔽性能和抗干擾性能。主要用于有防爆要求場合的集散式控制系統和自動化檢測系統等電路中做傳輸線纜。本安電纜對靜電干擾的屏蔽采用鋼帶銅絲編織來克服，鋼帶銅絲覆蓋面積約為90%，干擾減少比可達到376：1。本安電纜的電磁干擾不能像靜電干擾般簡單的消除，這里一般的方法是采用雙絞線來減少電磁干擾。通常采用1～2寸的絞距，絞距太小，使用不方便。其電磁感應減少比可達141：1。這里使用的屏蔽雙絞線效果更佳。

3 電氣信號的隔離與屏蔽

DCS系統用電采用220VAC市電和UPS兩路電源同時供電。交流電源的特點是供電干擾大，傳輸距離長。DCS系統使用的交流電源，從變電所輸出至UPS室，經整流濾波變為220V直流電，一路直流電給蓄電池供電，經過逆變后做UPS備用電源。另一路電源經過逆變后變為220V交流電直接供給系統做主電源。在經過整流和濾波后，就將交流電源的干擾降至很低。

在電源輸送過程中為了克服電源對信號電纜的干擾，這里采用的電纜通過電氣橋架進入主控室，而在主控室內則采用鍍鋅穿線管沿金屬匯線槽敷設。金屬管屏蔽的干擾減少比可達8850：1。而各系統柜之間的供電電源敷設的要求為：當220VAC，電流≥10A電源線與儀表信號線纜交叉時，間距不小于150mm；平行敷設時，間距不小于600mm。

對于從電氣控制柜來的信號，這里我們采用繼電器隔離的方法。出于安全方面考慮，設計為干接點信號。若采用有源信號，有非常大可能性導致高電壓、高電流的串入。輕則導致卡件及通道燒壞，重則導致系統損壞。DCS機柜給繼電器提供24V電源，電氣過來的DI信號接在繼電器的常開或常閉觸點上。DCS送至電氣的DO信號，將控制信號接在繼電器線圈上，當繼電器線圈通電后經過較小的電流，而繼電器鐵芯會產生很強的吸合力，帶動觸點接通。使得觸點能通過較大電流控制現場電機的運行。從而達到以小電流控制大電流的目的。即使電路出現過壓、過流等現象，也只是繼電器燒壞。

4 系統接地保護

所有DCS機柜、操作臺都有保護接地和屏蔽接地。保護接地是為了防止電氣設備的金屬外殼、配電裝置的構架和線路等帶電危及人身和設備安全而進行的接地。具體做法是將機柜上可能帶電的電氣金屬部分用導線與接地體可靠連接起來的一種保護接線方式。屏蔽是指用金屬（屏蔽體）把電場和磁場等外界干擾源阻止在受干擾物之外。我們將所有本安屏蔽電纜的屏蔽層都接在機柜的接地銅排上，通過接地銅排接至機房匯流排上接入接地網。整個接地網的阻止不大于4Ω。這里我們是在主控室一側做系統單點接地，施工中需要注意屏蔽層的連續性。若采用兩點接地，需注意兩端接地體必須在同一平面上，即電位一致。若接地兩端電位不一致，則會在屏蔽層中產生一個附加電流，這個附加電流將在屏蔽電纜中產生干擾電壓。一般來說，儀表及控制系統信號大多屬于低頻信號，低頻信號的原則就是單點接地，以避免形成回路。

5 結束語

上述防干擾方法的應用，使系統處于可靠穩定的狀態，減少了故障發生的幾率，為持續不間斷生產提高了保障。

參考文獻

[1]GB50174-2008.電子信息系統機房設計規范[S].

[2]朱祥云.淺談DCS系統安全[J].電子世界，2012，14.

[3]程來斌.正確設計和選擇本安系統電纜[J].自動化博覽，2001，2.

作者簡介：高劍（1986，7-），男，漢族，助理工程師，自動化專業，本科學歷，工學學士。