ABB集散控制系統(tǒng)抗干擾分析

蘭軍之王 偉

(1.山東輕工業(yè)學(xué)院,山東濟南,250353;

2.山東泉林紙業(yè)有限責(zé)任公司,山東聊城,252800)

·集散控制系統(tǒng)·

ABB集散控制系統(tǒng)抗干擾分析

蘭軍之1,2王 偉1,2

(1.山東輕工業(yè)學(xué)院,山東濟南,250353;

2.山東泉林紙業(yè)有限責(zé)任公司,山東聊城,252800)

針對ABB集散控制系統(tǒng)(DCS)的現(xiàn)場安裝和使用情況分析該系統(tǒng)受干擾的原因,提出消除或抑制干擾的主要措施,重點分析改善系統(tǒng)接地克服系統(tǒng)干擾的措施。

集散控制系統(tǒng);干擾;現(xiàn)場安裝

(＊E-mail:ljz5188@163.com)

Abstract:The reason of disturbance ofDCS system is analyzed from the aspectsof the system erection on site and itspracticaloperation.The mainmeasures for el iminating and controlling the disturbance are suggested,improving the connection between the system and ground to overcome the disturbance is particularly discussed.

Key words:DCS;disturbance;site erection

隨著生產(chǎn)自動化水平的不斷提高,集散控制系統(tǒng)(DCS)的應(yīng)用逐漸普及,如何使控制系統(tǒng)穩(wěn)定、高速、高效地運行,是人們普遍關(guān)心的問題。而系統(tǒng)抗干擾性能以及系統(tǒng)設(shè)計和安裝試車采取的抗干擾措施將極大地影響集散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文根據(jù)ABB集散控制系統(tǒng)在山東泉林紙業(yè)有限責(zé)任公司(以下簡稱山東泉林)抄紙車間現(xiàn)場安裝及使用情況,對系統(tǒng)受干擾的原因和抗干擾措施進(jìn)行分析。

1 ABB集散控制系統(tǒng)概況

山東泉林兩臺3700紙機生產(chǎn)線采用ABB集散控制系統(tǒng)。ABB集散控制系統(tǒng)由兩個AC400控制站、服務(wù)器(AS和CS)、紙機和打漿操作員站及過程控制網(wǎng)等組成。各部分通過MB300實時通訊網(wǎng)絡(luò)連接,傳輸介質(zhì)為雙絞線,見圖1。

2 系統(tǒng)抗干擾措施

2.1 信號處理抗干擾措施

圖1 ABB集散控制系統(tǒng)

對信號的干擾主要來自于公共地線,其次由于傳輸線路較長時還會受到靜電和電磁波噪聲的干擾,這些干擾會嚴(yán)重影響采樣信號的準(zhǔn)確性和可靠性。ABB系統(tǒng)采用S800系列遠(yuǎn)程輸入輸出模塊,模塊對進(jìn)出系統(tǒng)模擬信號和開關(guān)量信號全部采用磁隔離技術(shù),實現(xiàn)了信號的對地隔離,對交流電源的隔離和信號相互之間的隔離,有效地消除了信號之間的共模干擾和串模干擾對系統(tǒng)的影響,有效地減少或消除外部干擾對系統(tǒng)的影響,提高了信號處理的可靠性。

圖2 集散控制系統(tǒng)“一點接地”

2.2 電源抗干擾措施

電源是干擾進(jìn)入集散控制系統(tǒng)的途徑之一。電源干擾主要是通過供電線路的阻抗耦合產(chǎn)生的。ABB系統(tǒng)控制站電源系統(tǒng)采用UPS電源AC輸入,5VDC 或24DC雙冗余電源輸出。雙路交流電源輸入端安裝有加接帶屏蔽層的隔離變壓器和低通濾波器,以凈化電源。隔離變壓器的一次和二次繞組之間加繞屏蔽層隔離,屏蔽層和鐵芯一起接地,以減少繞組之間寄生電容,提高抗共模干擾能力?？刂普镜碾娫吹亟尤霕?biāo)準(zhǔn)地線后,由于采用了隔離變壓器,使電網(wǎng)地線的干擾不能進(jìn)入系統(tǒng),從而保證了控制站可靠工作。

2.3 系統(tǒng)接地的抗干擾措施

集散控制系統(tǒng)受到干擾與系統(tǒng)接地有很大關(guān)系,接地往往是抵制干擾的重要措施之一。正確接地可以很大程度上抑制內(nèi)部噪聲的耦合,防止外部干擾的侵入,提高系統(tǒng)的抗干擾能力,保證集散控制系統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊暢通,保證系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定地運行。

2.3.1 工作接地

集散控制系統(tǒng)一般要求“一點接地”,特別是電氣特性非隔離型的網(wǎng)絡(luò),因為有兩個或更多的接地點,它們之間總會有地電位差,并導(dǎo)致產(chǎn)生環(huán)形地電流,從而引入干擾。因此系統(tǒng)一點接地能有效地抑制干擾影響。各控制站、服務(wù)器以及其他功能站點應(yīng)符合各站點“共地”,并實施“一點接地”,如圖2所示。山東泉林抄紙車間集散控制系統(tǒng)內(nèi)的安全地、系統(tǒng)地分別連接到控制柜的安全地銅條和工作地銅條上,通過接地線連接到接地銅條上,最后與儀表總接地相連。

系統(tǒng) IO柜內(nèi)模擬信號電纜需要正確接地,它可以把現(xiàn)場信號傳輸時所受到的干擾屏蔽掉,以提高信號精度。集散控制系統(tǒng)中信號電纜的屏蔽層應(yīng)做屏蔽接地。線纜屏蔽層必須一端接地,防止形成閉合回路干擾。根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)定要求,集散控制系統(tǒng)信號電纜接地方式應(yīng)符合下列規(guī)定:①當(dāng)信號源浮空時,屏蔽層應(yīng)在計算機側(cè)接地;②當(dāng)信號源接地時,屏蔽層應(yīng)在信號源側(cè)接地;③當(dāng)放大器浮空時,屏蔽層的一端與屏蔽罩相連,另一端宜接共模地(當(dāng)信號源接地時接信號地,當(dāng)信號源浮空時接現(xiàn)場地);④當(dāng)屏蔽電纜途經(jīng)接線盒分?jǐn)嗷蚝喜r,應(yīng)在接線盒內(nèi)將其兩端電纜的屏蔽層連接。

2.3.2 保護(hù)接地

保護(hù)接地是為了防止設(shè)備外殼靜電荷積累造成人身傷害而采取的保護(hù)措施。集散控制系統(tǒng)所有的操作員機柜、現(xiàn)場控制站機柜、打印機、 IO柜等均應(yīng)接保護(hù)地。保護(hù)地應(yīng)接至廠區(qū)電氣專業(yè)接地網(wǎng),確保接地電阻小于4Ω。

等電位接地是保護(hù)設(shè)備、抵消干擾的重要、有效保障,某些設(shè)備損壞、干擾現(xiàn)象嚴(yán)重經(jīng)常是因為等電位接地質(zhì)量不好。集散控制系統(tǒng)機房所有區(qū)域,包括操作室監(jiān)控臺區(qū)域、控制柜區(qū)域、UPS機房區(qū)域等都做等電位連接設(shè)計;機房內(nèi)所有相鄰設(shè)備的金屬外殼用10 mm阻燃多股銅芯線互相橋接;各房間的靜電地板金屬支架做接地處理,下面敷設(shè)導(dǎo)電銅箔網(wǎng)格,這些措施都大大改善等電位接地,克服系統(tǒng)干擾。

2.3.3 合理布線的抗干擾措施

合理有序地布設(shè)現(xiàn)場各種電纜,能夠有效地減少外部環(huán)境對信號的干擾以及各種電纜之間的相互干擾,提高系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。進(jìn)入抄紙車間集散控制系統(tǒng)控制站的模擬信號均采用對絞屏蔽控制電纜,它與電源線、電機控制信號線、閥位反饋線等在橋架中分開布線,并在信號電纜和電源電纜之間設(shè)置屏蔽用的金屬隔板,并將隔板接地,參見圖3。

圖3 布線設(shè)置屏蔽用金屬隔板

3 引起系統(tǒng)干擾的原因分析

ABB集散控制系統(tǒng)在山東泉林的實際安裝調(diào)試過程中,由于設(shè)計人員和施工人員對系統(tǒng)規(guī)范要求不熟悉,出現(xiàn)不合理甚至錯誤的系統(tǒng)接地或者布線方式,降低系統(tǒng)抗干擾能力,給以后系統(tǒng)運行留下了隱患。抄紙車間集散控制系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)過系統(tǒng)通訊報警、故障,電機不明原因大批量跳閘,甚至造成 IO模塊損壞,影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。經(jīng)過系統(tǒng)分析,確定引起ABB系統(tǒng)干擾的原因有以下幾個方面。

(1)抄紙車間紙機傳動同樣選用ABB公司產(chǎn)品,傳動系統(tǒng)作為集散控制系統(tǒng)的一個 IO站點,通過AF100現(xiàn)場總線連接到車間紙機控制站,在紙機操作員站上能夠瀏覽傳動系統(tǒng)信息。AF100終端電阻要求單端接地,安裝時順便在電氣傳動柜側(cè)接地,后來發(fā)現(xiàn)集散控制系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊經(jīng)常不穩(wěn)定,連不上傳動畫面,分析原因是AF100總線受到了干擾,且干擾是來自電氣傳動柜。將終端電阻接地改在紙機控制站端,這種干擾現(xiàn)象才消失。

(2)為了布線方便和節(jié)約電纜,集散控制系統(tǒng)常常會把電機控制的 IO柜放置在電氣MCC室,山東泉林抄紙車間集散控制系統(tǒng)的 IO柜也采用此種布局, 在MCC室,原來 IO柜與電氣MCC柜被固定在同一槽鋼支架上,之間沒有絕緣層,另外 IO柜的模擬量屏蔽端子排被直接接到了柜體上,這樣造成集散控制系統(tǒng)信號屏蔽地與電氣地直接相連,形成多點接地。造成過多次系統(tǒng)受干擾產(chǎn)生通訊故障,導(dǎo)致部分電機不明原因跳閘,影響生產(chǎn)正常進(jìn)行。發(fā)現(xiàn)問題后經(jīng)過改造,在 IO柜與電氣MCC柜, IO柜與支架之間加裝絕緣膠皮,并使用塑料螺栓固定 IO柜;柜內(nèi)模擬信號屏蔽層改和控制站屏蔽地相連,實現(xiàn)一點接地,此類問題沒有再出現(xiàn)過。

4 結(jié) 論

ABB集散控制系統(tǒng)在山東泉林紙業(yè)長年連續(xù)運行實踐說明,對于集散控制系統(tǒng)的抗干擾措施,不僅在設(shè)計系統(tǒng)時就要有周密考慮,而且試車時也需要仔細(xì)檢查和適當(dāng)調(diào)整,這樣才會保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠地運行。

[1] 孫 晉,宋承英,錢入庭.DCS控制系統(tǒng)在液化汽化、混氣站的應(yīng)用[J].重慶電工技術(shù),2004(12):27.

(責(zé)任編輯:郭彩云)

Anti-disturbance of DC S System Supplied by ABB

LAN Jun-zhi1,2,＊WANGWei1,2

(1.Shandong Institute of Light Industry,Ji'nan,Shandong Province,250353; 2.Shandong Tralin Paper Co.,Ltd.,Liaocheng,Shandong Province,252800)

蘭軍之先生,工程師;主要從事自動化儀表、集散控制系統(tǒng)和質(zhì)量控制系統(tǒng)的設(shè)計與維護(hù)工作。

TS736

B

0254-508X(2010)05-0064-03

2009-09-01(修改稿)