淺析DCS信號干擾及抑制措施

吳有偉

摘 要：通過分析電廠熱工信號常見的干擾來源，結合幾起信號干擾事件，提出了有效的抗干擾措施，以提高DCS系統的抗干擾能力，為電廠人員提高參考和借鑒。

關鍵詞：DCS控制系統;熱工信號;屏蔽;接地;抗干擾措施

一、前言

隨著自動化程度的不斷提高，分散控制系統（DCS）已廣泛應用于各電廠自動化控制，機組各種自動調節系統被控制量以及各模擬量測量的準確性和穩定性就顯得極為重要。DCS控制系統下的設備分布廣泛，使通訊信號容易受到外界因素的干擾，從而影響測點的穩定可靠。

二、本廠DCS系統概述

本廠控制系統采用西門子的SPPA-T3000分散控制系統，現場總線采用PROFIBUS協議。以DCS控制系統為基本系統，嵌入現場總線網絡通信模件，形成現場總線的各級網絡，連接現場總線儀表、設備，實現數據采集、控制和設備驅動。

DCS系統軟件里主要采取速率限制、三取中、三取平均值等方法避免測量的不準確性引起誤發機組保護，因此DCS信號的可靠、準確傳輸，是保障機組安全穩定運行的必要條件。

三、干擾來源與抑制措施

3.1干擾來源分類

影響控制系統的干擾源與一般影響工業控制設備的干擾源一樣，大多產生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即干擾源。對DCS系統來說，干擾的主要來源有電力網絡、電氣設備、雷電引起的空間輻射干擾和系統電源線、信號線、接地等引起的系統外引線干擾。

3.1.1 電阻耦合干擾

在工作過程中，當多種信號線路一起進行信號傳輸時，由于電線上的絕緣材料老化漏電，對其他傳輸信號有所影響。除此之外，一些大功率電路在使用中如果發生線路老化，也會對信號產生較大的干擾。電纜老化，屏蔽材質損壞，易被其他電磁干擾影響，造成測量的誤差。這種干擾在施工建設期間一般不會出現，往往是在機組運行相當長時候后出現的一種干擾形式。

3.1.2 電容電感耦合干擾

在DCS控制系統中，總有很多的信號線同時接入系統。其中這些信號線部分走電纜槽，部分走電纜管，結果造成同一個路徑，附近往往會有許多不同種類的電纜。信號之間存在分布電容，對其他信號線形成干擾，同時，在傳輸信號周圍環境產生交變磁通，例如動力線、電動機、發電機等都會產生這種磁場，造成較大的干擾。

3.1.3 雷擊干擾

當發生雷擊時，較大的電磁干擾可能形成在所需信號左右，雷擊干擾方式主要有兩種：一種是架空電源線，導致信號線遭遇雷擊造成干擾;另一種是信號電纜周圍遭遇雷擊，導致信號線上形成電容、電感耦合分布，從而形成較大干擾，嚴重時損壞設備，造成人身事故。

3.2 抑制干擾措施

DCS控制系統的可靠性直接影響到企業的安全生產與經濟運行，其中系統的抗干擾能力是關系到整個系統可靠運行的關鍵。針對不同的對象和環境，應采取不同的抗干擾措施，儀表信號傳輸過程中常見的抗干擾措施有：隔離、屏蔽、對絞、抑制共模干擾的生產及正確接地等。

3.2.1 隔離

隔離包括信號線隔離、供電系統隔離。將傳遞不同信號的電纜隔離開來，采用分層鋪設的方法對電纜進行調控，以避免相互干擾。同時，不允許將信號線與交流電源線設在同一根電纜里，并保持一定的距離。由于現場會對大功率電機進行開關，產生高頻信號，為防止高頻電磁干擾系統，可以在供電線路上安裝變壓器，避免對系統的影響。

3.2.2 扭絞與屏蔽

信號線的扭絞即雙絞線替代平行導線，可達到抑制磁場干擾的效果。

屏蔽即采用金屬導體隔絕元件和信號線。屏蔽可以很好的一直電容性耦合噪聲，常用的方法是通過屏蔽雙絞線連接模擬信號。

當經過電磁干擾嚴重區域的電纜或露天安裝的控制設備信號和電源電纜屏蔽，宜采用復合式總屏蔽（內屏蔽層為一點接地，外層蔽層為兩點接地）。

3.3.3 接地

DCS系統的接地主要分為工作接地（系統接地）和保護接地。

DCS必須有單獨的接地系統，其接地體必須與交流地及其他用電設備接地分開，在電源地線的兩點間有毫伏級、甚至是伏級電壓，對于小信號電路來講，是一種嚴重干擾，所以交流地與信號地必須隔離，不能混用為一點。確保DCS控制系統的模擬信號及控制電纜屏蔽層接地方式符合規定，通常同軸電纜和模擬信號測控電纜宜采用控制室側集中一點接地方式。

3.3.4 其他抑制措施

針對以上幾種抑制措施，具體還有以下方式：加裝防浪涌保護器、加裝防護罩、加裝信號隔離裝置、加裝磁環等。

四、案例事故分析

4.1 閉式泵干擾造成氣動執行機構反饋值波動事件

2017年12月26日，#6機閉式水箱補水氣動門閥位反饋波動異常，閉式水箱液位較高。就地檢查補水氣動門在全關狀態下投入自動，閥位在0～20%之間不斷波動，導致不斷補水，閉式水箱液位升高。

初步判斷外界干擾導致執行機構定位器波動異常，在對定位器加強接地并進行自整定后，繼續觀察發現波動仍然存在，隨后對該氣動門邏輯里修改比例帶、積分、微分參數以削弱干擾的影響，經觀察后波動頻率雖有所降低，但仍存在。在不斷的觀察分析后，該執行機構為總線設備，就地總線柜位置在#62閉式水泵邊，由于閉式泵的干擾，使該總線下模擬量均受到波動影響。在對總線柜進行加強接地處理后，補水氣動門恢復正常。

4.2 接地線松動引起振動測點跳變事件

2018年7月5日，#3燃機3瓦、4瓦軸承振動測點發生跳變，測點波動異常。

至現場檢查后，確認實際振動數值正常，振動探頭及其前置器均正常無故障，判斷原因為外界干擾導致，并采取了以下措施：將現場的電氣絕緣線與振動探頭隔離開，并對進入DCS的電氣信號進行排查。最終結果為轉子接地松動，固定接地后，振動測點恢復正常。

4.3 雷擊干擾造成設備損壞案例

2017年8月，#6機凝汽器循環水電動門、#1冷卻塔流量計因遭遇雷擊而造成板卡損壞，通訊異常。對其通訊板進行更換后，測點顯示恢復正常。

對于易受雷電干擾的系統或設備，應請電氣專業配合選擇合理的位置安裝防浪涌保護器，或確認已安裝防浪涌保護器的位置合理。

4.4 防范措施

針對以上幾起不安全事件，為防止現場干擾帶來的影響，結合公司現場實際情況，應做好以下幾項工作：

（1）重點觀察易受干擾設備。檢查總線設備畫面趨勢，接地是否完好，針對靠近干擾源的總線柜，應加強接地措施;對于室外露天設備，做好防護工作，針對易遭遇雷擊的設備，還應加裝防浪涌保護器;

（2）加強系統運行日常巡檢制度，以便及時發現控制系統異常狀況。運行中定期檢查與自動、保護相關的測量信號歷史曲線，若有信號波動現象，應引起高度重視，及時檢查系統中設備各相應連接點是否松動或接觸不良，電纜絕緣層是否有破損或接地，屏蔽層接地是否符合要求等，并進行處理;

（3）落實消缺臺賬記錄工作。任何時候，一旦出現信號異變，熱控人員應及時檢查原因并保存異常現象曲線，注明相關參數后歸檔。

五、結束語

DCS系統可靠運行是機組安全穩定運行的重要前提，但由于現場熱工電纜質量、鋪設走向、接地及其他抗干擾措施不符合規范要求，導致熱工測量信號受干擾發生躍變。因此需要熱工專業人員在DCS安裝和檢修維護過程中，綜合考慮各方面因素，制定有效的抗干擾措施，以抑制或消除干擾帶來的影響。

參考文獻：

[1] 楊蔚然、王志錫.熱工儀表及控制裝置安裝[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2] 徐平、李金燦.電控及自動化設備可靠性工程技術[M].北京：清華大學出版社，997.8.