藥廠空調(diào)DCS自控系統(tǒng)抗干擾措施分析

唐準 彭淦平

摘要：為滿足GMP要求，制藥企業(yè)普遍采用空調(diào)自控DCS凈化系統(tǒng)，空調(diào)控制系統(tǒng)的運行往往受到許多干擾 ，因此 ，分析藥廠空調(diào)控制系統(tǒng)的抗干擾措施就顯得很重要。

關鍵詞：藥廠；空調(diào)DCS自控；抗干擾

前言

近年來隨著科學技術的進步和藥品法規(guī)GMP的不斷實施，凈化空調(diào)自控系統(tǒng)逐漸成為制藥環(huán)節(jié)中至關重要的一環(huán)。然而許多藥廠在自控設計和施工中并沒有考慮到自控系統(tǒng)抗干擾環(huán)節(jié)，從而導致系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性大大降低，存在空調(diào)系統(tǒng)停運和提供不合格空氣的可能，直接影響到藥品的質(zhì)量。因此，分析適用藥廠空調(diào)自控系統(tǒng)尤其是得到廣泛應用的DCS系統(tǒng)中各種干擾產(chǎn)生的原因和影響及其對應措施對藥廠空調(diào)自控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，保證了藥品生產(chǎn)環(huán)境具有重要的意義。

1.藥廠空調(diào)自控系統(tǒng)常見干擾及來源

1.1 接地干擾

接地是防止干擾和抑制噪聲的重要手段。DCS控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、交流地、保護地和屏蔽地等。正確的接地，不僅可以抑制電磁干擾的影響，還能抑制設備向外發(fā)出干擾。但是一旦出現(xiàn)接地混亂將會導致產(chǎn)生環(huán)路電流的情況，造成DCS系統(tǒng)經(jīng)常不明原因的“死機”或信號數(shù)據(jù)失真。

1.2 電網(wǎng)干擾。

藥廠空調(diào)自控系統(tǒng)普遍采用直接電網(wǎng)供電方式,由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，電網(wǎng)上各種大型電源設備的起停、操作浪涌、短路暫態(tài)波動、交直流傳動裝置引起的高次諧波甚至是雷電等都會在線路造成電磁干擾,給系統(tǒng)造成極大的危害，引起空調(diào)自控系統(tǒng)的誤動作或失控，甚至引起現(xiàn)場控制器DDC死機。

1.3變頻器干擾

變頻器是藥廠空調(diào)自控系統(tǒng)常用設備，且數(shù)量眾多，DCS系統(tǒng)中變頻器與現(xiàn)場控制器DDC的應用非常普遍。變頻器是利用電力電子半導體器件的頻繁快速通斷實現(xiàn)電信號的頻率變換的，整流電路和逆變電路使得變頻器的輸入側(cè)和輸出側(cè)的電壓、電流都含有豐富的諧波，造成電網(wǎng)波形的畸變，【1】從而將干擾引入DCS系統(tǒng)中。另外，變頻器的輸出還會產(chǎn)生較強的電磁輻射干擾，影響周邊設備的正常工作。

1.4信號線干擾

藥廠空調(diào)現(xiàn)場到計算機主機的連線往往長達數(shù)百米。長線傳輸信號時，信號線容易受到直接空間電磁輻射感應干擾，和通過傳感器、變送器和現(xiàn)場控制器供電電源串入的電網(wǎng)干擾，嚴重時甚至引起元器件損壞。另外，高速度變化的信號在長線傳輸中還會出現(xiàn)波反射現(xiàn)象，影響通訊質(zhì)量。

2.空調(diào)自控干擾的抑制措施

2.1接地干擾的抑制措施

良好的接地是保證空調(diào)自控DCS系統(tǒng)安全可靠運行的重要保證。接地系統(tǒng)應考慮以下三個部分:a.供電返回;b.模擬信號參考;c.機柜和外殼。這3部分都有一個自己的公共接地點，且相互間絕緣隔離，然后他們再分別接至系統(tǒng)的參考地。從而確保系統(tǒng)即使受到干擾，系統(tǒng)各部分仍將在同一個相對電位點上，在干擾期間和干擾后都能正常運行。如對于現(xiàn)場設備來說，必須遵循單點接地的原則，防止過程通道引入的干擾。

2.2電網(wǎng)干擾的抑制措施

對于DCS來說,電源引入的干擾占很大份量,因此著眼從電源設防是很重要的。【2】對于藥廠空調(diào)自控電源來說，一般采用以下三種方法來抑制電網(wǎng)對其的干擾。

（1）性能可靠的UPS電源對于抑制電源干擾具有良好的效果。選用在線的UPS使供電通過逆變器與交流電網(wǎng)完全隔離，提高電源品質(zhì)。UPS的應用不僅在電源隔離方面起到良好的抗干擾作用，而且還能提供不間斷電源，在滿足安全可靠性要求方面也起到了良好的效果。在電源的輸入輸出端裝設瞬變電壓抑制器可抑制浪涌電流干擾，有效地進行防雷保護。

（2）現(xiàn)場設備的供電應盡可能用同一UPS供電。藥廠空調(diào)自控現(xiàn)場用的最多的設備是現(xiàn)場控制器、各種傳感器和閥門執(zhí)行器，這些設備應盡可能采用同一UPS供電。另外，在電源輸入端加裝濾波電路是消除高頻干擾和共模干擾的有效辦法。

（3）注意電源線的抗干擾措施。DCS主機、現(xiàn)場設備與UPS之間的供電線路應采取相應措施以減少線路損失,防止因各種干擾導致電壓波形畸變。此外，在 UPS進出線路之間，供電線路與信號線路之間也應該進行屏蔽和隔離。這些措施可以有效地減少干擾信號的耦合，保證正常電源供電。

2.3變頻器干擾的抑制措施

對于空調(diào)自控系統(tǒng)內(nèi)部的變頻器干擾問題主要采取抑制來自變頻器內(nèi)部的干擾信號的方法。主要采用以下兩種方法：

(1) 加裝EMI濾波器，在變頻器的輸入和輸出電流中的高次諧波分量除了能對其他設備進行干擾外，還會消耗了大量的無功功率，使線路的功率因數(shù)大大降低。因此在變頻器與空調(diào)風機電機之間、變頻器與電源之間分別加裝EMI濾波器是抑制高次諧波的有效方法。由電感線圈構(gòu)成的輸出濾波器不僅起到抑制干擾的效果，而且能夠減少空調(diào)風機電機中由高次諧波電流引起的附加轉(zhuǎn)矩。

(2) 屏蔽干擾源，為了不讓變頻器電磁干擾泄露，除變頻器本身采取屏蔽措施外，在變頻器和風機電機之間的電纜還應穿鋼管鋪設,周圍敏感電子設備和線路也要進行屏蔽處理,避免輻射干擾。

2.4信號線干擾的抑制措施

藥廠空調(diào)自控系統(tǒng)中運用到各種類型的信號，如風閥執(zhí)行器控制選用0-10V電壓信號，皮托管風速儀輸入信號選用4-20mA電流信號。這些信號線在傳輸過程中會受到各種干擾，干擾通過信號線傳輸進入主機或是現(xiàn)場控制器等，引起控制系統(tǒng)異常，因此阻斷干擾也應當從信號線考慮，進行如下兩點設防。

（1）合理配線，隔離干擾。合理配線是防止干擾通過耦合傳輸進入系統(tǒng)的有效方法。一般在施工中要注意信號線與動力線要盡可能垂直，最好是平行走向，穿管敷設時兩者必須分開安放在不同管內(nèi)，同一多芯電纜內(nèi)不宜設置不同種類的信號等，這些措施可以有效地減少干擾信號的耦合。采用雙絞線傳輸也是一個有效的方法。

（2）信號在長線傳輸中需要一定的時間，若存在一瞬變信號，其變化的時間小于傳輸時延，則將引起反射現(xiàn)象。這種反射現(xiàn)象會在很大程度上影響到信號的通訊質(zhì)量。設計中如果根據(jù)傳輸線的特性阻抗進行匹配就能抑制或消除這種反射現(xiàn)象。

3.結(jié)束語

近年來，很多制藥企業(yè)雖然不惜投入資金用于改造自已企業(yè)的空調(diào)自控制系統(tǒng)，但是效果卻差強人意，因此，藥廠空調(diào)DCS控制系統(tǒng)中的干擾是一個復雜的問題，對不同情況應用對癥下藥地分析，采取合適有效的方法，才能夠使藥廠空調(diào)DCS控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)正常有序的運行。

4.參考文獻

[1] PLC的抗干擾與可靠性分析 [J].工業(yè)技術.,2013,15:97-98

[2] 王智 張毅. DCS抗干擾和接地設計若干問題的討論[J].石油化工自動化.,2003,5:98-100