DCS控制系統應用中的抗干擾分析

邵瀏睿

摘 要：本文主要分析討論了不同類型的干擾以及對于發電廠DCS控制系統所帶來的干擾，并且提出了在具體的工程應用過程中，對于控制系統的抗干擾的能力應該綜合進行考慮，并且針對實際的工程項目提出了幾種行之有效的抗干擾的措施。

關鍵詞：DCS控制系統 抗干擾 分析

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（c）-0003-02

隨著發電廠控制系統的發展速度越來越快，DCS在控制系統中的應用變得越來越廣泛，對于DCS控制系統來說，其是否可以穩定可靠地運行對于機組的安全生產以及正常運行具有非常重要的影響。為了更好地將DCS控制系統的可靠性提升上去，需要相關技術人員提前對各種干擾有所了解，只有這樣才可以更好地讓DCS系統安全可靠的運行。

1 電磁干擾源及其對DCS控制系統的干擾

一般來說，能夠對DCS控制系統產生影響的干擾源同能夠對一般電力控制設備產生干擾的干擾源都一樣，一般經常都是在電流或者是電壓發生急劇變化的位置，在這些部位電荷會急劇移動，這樣就會產生噪聲源，也就是我們經常說的干擾源。

能夠評價一個系統干擾的主要指標就是“信噪比”，這里所說的信噪比主要指的是在信號通道里面，有用信號的功率的大小與噪聲功率的大小之間的比值，通常可以同S/N來進行表達：

S/N=10lg（Ps/Pn）

在公式中，Ps指的是有用信號的功率大小，Pn指的是噪聲信號的功率大小，S/N就是信噪比（dB），根據噪聲的干擾模式的不一樣，一般可以把干擾的類型分成共模干擾以及串模干擾兩種。對于共模干擾來說，主要指的是信號對于大地所產生的電位差，一般會由電網串入，大地的電位差以及空間的電磁輻射信號線由于相互感性而產生的一個方向的電壓經過疊加形成。對于共模電壓來說，在經過不對稱電路的作用下可以轉化成串模電壓，這個時候就可能對測控信號產生直接地影響，將相應的元器件損壞。對于這種共模干擾的方式，可以看成是直流的，也可以看成是交流的。對于串模干擾來說，主要指的是位于信號兩極之間的干擾電壓，其形成過程主要是由于在空間里面的電磁場信號之間進行相互耦合感應所形成的一種電壓，這些電壓會直接附加在信號上面，因此會對測量的精度以及控制的精度產生能夠直接地影響。

在圖1中，（a）所使用的信號為直流信號；（b）指的是這個直流信號與共模干擾進行疊加；（c）指的是這個直流信號收到的共模干擾的影響；（d）指的是直流信號通過時受到串模干擾以及共模干擾的影響所產生的波形。

2 DCS控制系統中電磁干擾的主要來源

2.1 干擾來源于空間的輻射

對于空間里面所形成的輻射電磁場，主要是通過電壓網絡、電氣設備的暫態過程以及頻率比較高的感應加熱設備所形成的，一般將這種干擾稱作是輻射干擾。對于這種干擾來說，分布情況是比較復雜的。如果將DCS控制系統放置在這種輻射電磁場里面，就會非常直接的接收到輻射干擾。具體對系統產生影響是通過兩種方法形成的：一種情況是直接對DCS控制系統產生內部輻射，干擾是由于電路的感應情況而產生的；第二種情況是對DCS控制系統的通信網絡產生內部輻射，干擾是由于通信線路的感應而產生的。對于輻射干擾來說，能夠對其產生影響的主要是現場對于電氣設備的布置情況以及電氣設備所產生的對地電磁場的大小，尤其相關的就是電磁場的頻率大小。

2.2 干擾來源于系統外部的引線

對于這種干擾來說，主要是由于電源以及相關信號的引線所形成的，一般也將這種干擾稱為傳導干擾。這種干擾在實際的現場是比較嚴重的。

2.2.1 來源于電源的干擾

對于電源來說，是比較容易引起干擾的。經過一項研究可以發現，由于電源的作用而引入的干擾已經造成了許多DCS控制系統產生故障。一般來說，在DCS控制系統正常工作過程中，其供電是由電網對其進行供電的。但是由于系統覆蓋的范圍比較大，會經常受到由于空間里面的電磁干擾而在相應的線路上面形成一定的感應電壓及感應電流。對于一些大型的電力設備在開啟或者關閉的時候，交流以及直流傳動裝置都會產生一定的諧波分量，這些分量就會沿著輸電線路傳輸到電源的原邊，

2.2.2 干擾來源于信號線

不同類型的I/O信號傳輸線在工作時候除了會傳輸有效的信息以外，還會不同程度的受到外部信號的干擾作用。一種情況是由于變送器在供電過程中電源由于串入到電網過程的干擾；還有一種情況就是信號線由于受到了來自空間的輻射而產生的干擾。對于這種干擾來說，一般都是比較嚴重的，會將測量精度大幅度降低，并且損耗元器件，此外，對于一些系統來說，其隔離性能不太好，這樣會使得不同的信號進行相互干擾。

3 主要抗干擾的設計以及相關措施

為了減少DCS控制系統受到的電磁干擾，從剛開始進行設計的時候就應該從三個方面采取措施來對干擾源進行抑制。

3.1 采取性能更加優良的電源抑制電源引入的干擾

對于DCS控制系統來說，電源所占的比重是非常大的。由于電源所產生的干擾在串入系統的時候主要是通過系統的供電電源以及與DCS控制系統具有直接電氣連接的儀表在耦合時候產生的。目前對于DCS控制系統的供電電源往往會選擇具有很強的隔離性能的電源。但是對于變送器的供電電源來說，還沒有引起人們足夠的重視，即使目前已經采取去了一些有效的措施來進行有效地隔離，但是還是存在很大的干擾。所以現在經常使用的就是不間斷供電電源來實現對系統的供電，這樣就可以很好地將供電可靠性提升上去。而且對于不間斷的電源來說，其抗干擾能力也是比較強的，因此經常作為理想電源。

3.2 電纜的選擇以及鋪設

為了有效降低由于電纜輻射而帶來的干擾，現在經常使用的電纜就是銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，這樣可以很好地降低電纜所帶來的干擾。

對于不同種類的信號，在傳輸過程中使用的電纜是不一樣的。應該按照不一樣的傳輸類型對電纜進行分層敷設，不可以使用同一型號的電纜同時對電源以及信號進行傳輸，這樣就可以有效的避免電磁干擾。

3.3 硬件濾波以及軟件抗干擾的方法

在信號還沒有進入到計算機之前，在信號與大地之間應該接上電容，這樣就可以有效地降低共模干擾，而且在信號的兩極間加上一個濾波器還可以很好地將干擾降低。但是電磁干擾是比較復雜的，所以在對DCS控制系統進行設計的時候，還應該在軟件組態方面努力，從而更好地將系統的可靠性提升上去。現在經常采取的方法就是進行數字濾波以及進行工頻整形采樣，這樣一來就可以將周期性干擾排除出去；采取信息冗余措施，對軟件標志進行必要的設定。

4 結語

對于DCS控制系統來說，其受到的干擾是比較復雜的，因此在對抗干擾進行設計的時候對于各方面的因素都要加以考慮，并且要對一些干擾進行必要的分析，只有這樣才可以讓DCS控制系統在工作過程中更好的抑制干擾。

參考文獻

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