石油化工DCS控制系統抗干擾措施應用分析

摘 要：分散型控制系統（DCS）如今在石油化工領域被廣泛應用，其抗干擾能力是生產裝置安全、穩定運行的基本保障。文章簡要介紹了石油化工生產裝置現場各類干擾源對DCS系統的影響，并闡述了常用的DCS系統抗干擾措施應用。

關鍵詞：DCS系統；干擾源；抗干擾措施

1 引言

分散型控制系統（DCS）如今已成為過程工業自動化的主流控制系統，被廣泛地應用于石油化工領域。DCS系統以計算機、自動控制及網絡通訊等先進科學技術為核心，可實現對石油化工生產過程的集中管理和分散控制，極大的提升了石油化工行業的自動化水平。DCS系統的可靠性與石油化工生產裝置的安全、穩定運行息息相關，DCS系統的抗干擾能力則是系統可靠性至關重要的保障。

2 各類干擾源對DCS系統的影響

干擾源的存在導致了干擾的形成，干擾源主要可分為內部噪聲和外部噪聲兩大類。內部干擾源主要來源于電子線路的熱效應和散粒效應，外部噪聲則包含自然界噪聲與人為干擾的影響。

石油化工生產過程工業現場情況復雜，電磁環境較為惡劣，電氣設備與輸電線路周邊存在強烈的空間輻射電磁干擾（EMI）。EMI會在DCS系統的計算機內部形成電路感應，降低系統的電磁兼容性；并通過電源及現場儀表信號線將強烈的傳輸干擾引入DCS系統。

石油化工裝置內的電網內部變化，會將輸電線路上形成感應電壓、電流與高頻信號，引入DCS系統。而現場儀表通過控制電纜與DCS系統連接， EMI可通過其信號線與電源線將干擾噪聲引入DCS系統，引起I/O卡件和相關設備的工作異常，造成I/O卡件精度、性能的大幅下降，嚴重時造成DCS系統故障與元器件損傷。

其次，接地系統混亂也會造成DCS系統的可靠性與抗干擾能力嚴重降低。若不能正確接地，會引起DCS系統接地系統混亂，造成大地電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起環路電流，從而導致DCS系統無法正常工作。

另外，自然條件下的閃電、雷擊等放電現象則會在信號線上產生極高的沖擊電壓，嚴重時可對DCS系統相關設備造成損壞。現場大型設備的振動與噪聲干擾也會對DCS系統的穩定性造成不良影響。

3 DCS系統的抗干擾措施應用

DCS系統內部噪聲的抑制，是DCS系統廠家所關注研究的重點通過優化系統內部設計，提高控制系統的電磁兼容性（EMC）與抗干擾能力。而作為儀表控制系統的設計者、使用者與維護者，關心的重中之重則是如何在設計、施工和運行、維護過程中減少外部噪聲對DCS系統的影響。

綜合考慮使用良好的隔離、屏蔽手段，可有效降低EMI對DCS系統的影響。DCS系統應于專用的機柜間內安裝布置，并遠離存在較大磁場干擾的場所；機柜間內應敷設防靜電地板，防止靜電干擾，必要時可考慮于機柜間墻壁內安裝屏蔽材料。

為保證供電可靠性，并降低電源噪聲對DCS系統的干擾，宜采用交流不間斷電源裝置（UPS）為DCS系統供電，條件允許時宜采用雙回路供電。UPS電源具有良好的隔離、濾波功能與抗市電干擾能力，可提供穩定無雜質的交流電源，并在市電輸入異常時能保證DCS系統在一定時間內的正常運行UPS電源宜安裝于專用的UPS間內，降低電磁干擾對DCS系統的影響。

現場儀表的信號線應選用帶絕緣層的雙絞線屏蔽控制電纜，并置于金屬保護套管或接地的封閉儀表槽盒內敷設，可形成良好的屏蔽層，有效抑制工業現場的空間輻射電磁干擾，同時也是實用的雷擊保護措施。

合理接地也是保證DCS系統安全穩定運行的關鍵。在現場施工時，DCS系統的接地應采用等電位連接方式的共用接地系統，最終接到電氣接地系統。同時，現場儀表信號線的屏蔽層應保證單點接地，并根據現場實際情況選擇在信號側接地或DCS系統側接地，達到合理抑制電容性耦合干擾的目的。

石油化工生產過程工業現場情況復雜，DCS系統可根據現場儀表與電氣設備的實際情況在輔助機柜內相應配置信號隔離器、中間繼電器與浪涌保護器等設備。信號隔離器與中間繼電器常用于電氣信號與儀表信號間的隔離，其良好的電氣隔離性能可有效抑制噪聲干擾；浪涌保護器則可以為DCS系統提供良好的安全防護，有效防止雷擊對DCS系統設備的損壞。

4 結束語

石油化工DCS控制系統的抗干擾措施是一個復雜的系統工程。為合理降低干擾源對DCS系統的影響，在設計、施工、運行、維護過程中應對各類噪聲干擾因素防微杜漸，遇到相關問題時應根據現場實際情況對癥下藥，保證石油化工生產過程的安全、穩定運行。

參考文獻：

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作者簡介：

張哲（1989- ），男，碩士研究生，畢業于華中科技大學，現就職于長嶺煉化岳陽工程設計有限公司電控室。