水泥工業DCS控制系統的抗干擾措施探討

方秋琳

（華潤水泥（南寧）有限公司 廣西南寧 530000）

水泥工業DCS控制系統的抗干擾措施探討

方秋琳

（華潤水泥（南寧）有限公司 廣西南寧 530000）

幾年來我國的科學技術發展速度越來越快，推動著工業的迅速發展，尤其是在水泥工業的控制過程中，DCS的應用十分廣泛，并且受到高度關注，這項系統屬于工業控制系統之一，對工業行業的經濟運營、安全生產等影響較大，這一系統所具備的抗干擾功能已經成為了維護工業系統穩定運行的重要保障。本文首先分析了工業控制系統中的干擾來源，進一步研究抗干擾的相關措施，確保工業生產安全、穩定的運行。

水泥工業；DCS系統；抗干擾；穩定運行

前言

水泥行業支撐著我國社會經濟持續增長的一大來源，尤其是在科技迅猛發展的背景下，使得水泥行業不管是生產設備、生產技術，還是產品質量、品種等均得到大幅度發展。在工業生產過程當中，電氣設備的控制已經從陳舊的繼電控制，逐步發展成為目前的DCS系統控制。但是，在這個控制系統中，由于會受到多方面因素的影響，使系統的穩定、安全運行受到一定的干擾，特別是在水泥生產過程中，難以充分發揮DCS系統的控制作用，所以，解決一切干擾系統運行的因素，十分必要。

1 分析干擾DCS系統運行的來源

1.1 系統的外引線引起干擾

（1）接地系統出現混亂，出現干擾問題。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備的電磁兼容性，不科學的接地方式就會使得系統信號受到嚴重干擾，進而使得系統的可靠運行受到直接影響。若電氣設備的接地出現混亂，則各個接地點間就會存在一定的電位差而出現環路電流，例如電纜屏蔽層的接地點為一點，若屏蔽層的兩端都出現接地情況，那么就會出現電位差導致電流從屏蔽層流過，設備在這種狀態下運行，一旦有雷擊現象發生，就會增加地線的電流，很可能燒壞設備。此外，接地線和地表、屏蔽層之間極易形成閉合回路，當設備受到磁場變化因素影響的時候，屏蔽層會出現感應電，就會干擾到系統信號。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系統的內邏輯或者模擬電路等帶來不利。

（2）電源干擾。DCS的控制系統正常運行需要電網給予供電，電網覆蓋的面積十分廣泛，極有可能遭受空間電磁干擾，此外，若電網發生內部變化，例如開關操作浪涌，或大型設備啟停以及電網短路等，都會傳送到電源原邊，DCS系統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的控制系統需要與各類信號線連接，這些信號線在對系統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，造成干擾問題。干擾信號的侵入途徑有兩種：①通過系統變速器的供電電源侵入；②與系統共用同一個信號儀表供電電源，使得系統容易收到電網干擾，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；若水泥生產過程中采用的系統隔離性較差，則信號之間也會產生相互干擾的情況，使得共地系統出現總線回流。如果這類干擾問題沒有得到及時處理，則系統的邏輯數據就會出現變化，或者發生死機、誤動等。

1.2 受空間的輻射干擾

由于受到雷電、電力網絡、雷達或者高頻感應設備等因素的影響，使得水泥生產過程中形成一定的輻射電磁場，即輻射干擾；若DCS系統處于射頻場時必然受其干擾。空間輻射干擾對DCS系統造成的影響有兩種：①內部輻射干擾，通過電路感應而形成；②經通信線路感應而引入干擾；DCS系統的輻射干擾和生產現場設備布置的情況、設備形成電磁場的大多有密切的關聯，這種輻射通常可以采用DCS系統的局部屏蔽、屏蔽電纜等方式來解決。

1.3 來自系統內部干擾

系統內部造成的干擾是指系統的內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系統內部干擾，對水泥企業而言，這類干擾難以消除，所以選擇一些運行效率較好的系統會降低干擾帶來的影響。

2 對DCS系統的抗干擾措施

2.1 電纜的選擇、敷設應當科學合理

在水泥生產過程當中，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，要選擇相應電纜來傳輸，不可混合傳輸，造成信號混亂。在敷設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，不可集中于一層，此時還應注意的是不可以借助同一個電纜的導線，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備

在選擇設備的時候：①選擇使用抗干擾能力強的設備，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備。例如選擇采用隔離性能較高的DCS系統、浮地技術等；②抗干擾設備的應用還需借助其生產廠商提供的抗干擾指標來選擇，例如設備的差模擬、共模擬制比以及在強磁場環境中允許的最大電場強度、最高頻率等；③需參考這類設備在在類似的工作中創下的實際績效；④選擇一些國外進口的設備產品時，應當要注意其電網制式，因為我國電網的內阻較大，零點電位、地電位的變化都相對較大，我國工業現場電磁干擾會比歐美國家高出兩倍，甚至更多，因此，選擇國外產品的時候對系統的抗干擾能力要求應當更高，需根據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時間的延遲；輸入模擬量的時候，為了進一步消除生產現場的瞬時干擾對系統的影響，可應用軟件數字濾波技術來進行，例如平均值法、中值法等。

2.3.2 封鎖干擾

如果系統運行過程中，有一些干擾是可以進行提前預知的，例如DCS系統的輸出命令使執行設備出現火花，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的控制系統本身就帶有自診斷的功能，也可以借助其他的設備工具來找出故障部位及部件，工作人員只需根據系統的這種自診功能更換故障部位，系統功能就可以恢復且正常運行。此外，在故障檢測、診斷過程中，還可以采取一些常用技術，例如采取信息冗余技術來設計軟件的標志位；使用間接跳轉來設置一個軟件陷阱，以此提高系統軟件結構可靠性等。

2.4 選擇正確的接地點，確保接地系統安全可靠

電氣設備都需要進行接地，其目的就是為了保障設備安全運行和控制干擾。所以建立一個良好的接地系統對強化DCS系統的抗電磁干擾能力十分重要。一般情況下，系統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，所以系統可以直接采取串聯一點或者并聯一點的方式來接地線；一些集中系統的接地線主要采用并聯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，接地線需用銅導線進行，且截面必須大于22mm2，總母線應當使用截面大于60mm2的銅線。接地電阻建議控制在2Ω以內，而接地極和建筑物之間的距離以10～15m最佳，系統的接地點與強電設備的接地點間距應大于10m，圖1為DCS系統的接地實例。

圖1 DCS系統的接地實例

3 結束語

DCS的控制系統抗干擾處理極為復雜，所以工作人員應當對所有可能對系統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合理的措施進行干擾排除，確保系統電磁兼容性良好，使得系統穩定可靠運行。

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

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

TP273

A

1004-7344（2016）07-0286-02

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DCS等工作。