DCS、PLC控制系統(tǒng)干擾抑制探討

陳立

中核陜西鈾濃縮有限公司 陜西漢中 723312

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)控制中大量運(yùn)用了DCS、PLC技術(shù)。DCS、PLC控制系統(tǒng)的可靠性不但會(huì)對工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)安全造成影響，還會(huì)對企業(yè)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成影響，而且系統(tǒng)的抗干擾水平是影響系統(tǒng)整體運(yùn)行的重要因素。對此，此文詳細(xì)分析了造成DCS、PLC控制系統(tǒng)的關(guān)鍵原因，并提出了相應(yīng)的抑制措施，希望可以給未來的相關(guān)研究提供參考。

1 造成DCS、PLC控制系統(tǒng)電磁干擾的主要原因

1.1 引線的干擾

電源原因。DCS、PLC系統(tǒng)的全部電源都是電網(wǎng)提供的。因?yàn)殡娋W(wǎng)包括的區(qū)域非常大，其會(huì)被全部的空間電磁所干擾而在線路上接觸到電網(wǎng)與電流。特別是電網(wǎng)里面的改變，入開關(guān)操作浪涌與電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，它們都由輸電線路輸送到電源之前的地方。因?yàn)榉植紖?shù)尤其是分布電容的這個(gè)原因，根本無法做到完全的隔離。信號線路造成的干擾。和DCS、PLC控制系統(tǒng)相連的每一類信號輸送線路，除輸送可靠的每種信息外，還存在外部信號的干擾。這個(gè)干擾的方式通常是兩種：其一是由變送器的電源或公共信號儀表電源的接入而造成的電網(wǎng)干擾，這種情況基本不會(huì)被考慮；其二是空間電磁輻射接觸到信號線而造成的干擾。通過信號接入的干擾會(huì)在很大程度上減少I/O信號的正常輸送工作與測量的準(zhǔn)確性，嚴(yán)重的話會(huì)對元器件造成損害。就隔離性能不好的系統(tǒng)，還會(huì)造成信號之間的相互影響，從而造成共地系統(tǒng)總線的回流，導(dǎo)致邏輯數(shù)據(jù)變化與誤動(dòng)以及死機(jī)的情況。DCS、PLC控制系統(tǒng)由于信號的接入干擾而增加了對I/O模件的損壞情況，由于造成這個(gè)系統(tǒng)故障的原因較多。接地系統(tǒng)混亂造成的干擾。提高電子設(shè)備電磁兼容性的關(guān)鍵方法之一就是接地。準(zhǔn)確的接地方式，不但可以抑制電磁的干擾，還可以阻止設(shè)備對外界的干擾；可是不正確的接地方式，會(huì)加重信號的干擾，讓DCS、PLC系統(tǒng)沒有辦法順利工作[1]。

1.2 DCS、PLC系統(tǒng)自身的干擾

通過系統(tǒng)自身的元器件與電路間的電磁輻射出現(xiàn)的干擾，假如邏輯電路的共同輻射及其對模擬電路的干擾，模擬地和邏輯地的相互影響與元器件間無法匹配應(yīng)用等。這些都是DCS、PLC制造廠對系統(tǒng)自身實(shí)施電磁兼容設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，其較為繁瑣，在部門使用的時(shí)候是不能避免的，可以不用太在意，可是應(yīng)該使用存在很多使用效果或通過考驗(yàn)的系統(tǒng)。

1.3 空間輻射的干擾

空間的輻射電磁場通常是通過電力網(wǎng)絡(luò)與雷達(dá)以及高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等造成的，一般叫做輻射干擾，它的包含范圍較為復(fù)雜。假如DCS、PLC系統(tǒng)放在所射頻場里，就會(huì)造成輻射干擾，它的影響方式主要有兩個(gè)方面：第一是對DCS、PLC系統(tǒng)造成直接的輻射，通過電路感應(yīng)來造成干擾；其二是對DCS、PLC系統(tǒng)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)造成輻射，通過通信線路的感應(yīng)來產(chǎn)生干擾。輻射干擾和現(xiàn)場設(shè)備安排以及設(shè)備而造成的電磁場的強(qiáng)弱，尤其跟頻率有聯(lián)系，通常采用設(shè)置屏蔽電纜與DCS、PLC的一部分屏蔽與高壓泄放元件實(shí)施保護(hù)[2]。

2 控制對策

2.1 使用質(zhì)量較好的電源，控制電網(wǎng)引入的干擾

目前，就DCS、PLC系統(tǒng)供電的電源而言，通常都運(yùn)用隔離性能較好的電源，而就變送器供電的電源與DCS、PLC系統(tǒng)存在直接電氣連接的儀表的供電電源，并缺乏重視度，即便使用了相應(yīng)的隔離方式，但是這些還不夠，通常會(huì)運(yùn)用大參數(shù)的隔離變壓器，抑制干擾水平不夠，通過電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。因此，針對變送器與共用信號儀表的供電需要使用分布電容小、抑制較大的配電器，從而降低對DCS、PLC系統(tǒng)的干擾。

2.2 電纜選擇的敖設(shè)

想要減少動(dòng)力電纜輻射對電磁的干擾，通過對某個(gè)工程的具體運(yùn)用能夠知道，在工程上運(yùn)用了銅帶鎧裝的屏蔽電力電纜，可以有效減少電磁干擾程度，這個(gè)工程在實(shí)踐過后具有良好的效果。不一樣種類的信號分別通過不一樣的電纜傳輸，信號電纜需要根據(jù)輸送信號的類型來分層敖設(shè)，避免使用相同的電纜不一樣的導(dǎo)線一起輸送動(dòng)力電源與信號，防止信號線路和動(dòng)力電纜接近平行敖設(shè)，以此來降低電磁的干擾[3]。

2.3 硬件濾波及軟件抗干擾措施

因?yàn)殡姶鸥蓴_的情況比較特殊，根本不能完全清除硬件的干擾影響。所以，在對其進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)與組態(tài)的時(shí)候，還需要在軟件上來阻止干擾，從而加強(qiáng)系統(tǒng)的有效性能。主要對策為：數(shù)字濾波與工頻整形采樣，應(yīng)該合理清除按時(shí)的干擾；按時(shí)改變參考點(diǎn)電位，并使用動(dòng)態(tài)零點(diǎn)，這樣能夠科學(xué)避免電位的移動(dòng)；應(yīng)用信息冗余技術(shù)，設(shè)計(jì)對應(yīng)的軟件標(biāo)志位；運(yùn)用間接跳轉(zhuǎn)，設(shè)置軟件陷阱等來增強(qiáng)軟件結(jié)構(gòu)的有效性[4]。

2.4 準(zhǔn)確選擇接地點(diǎn)，健全接地系統(tǒng)

實(shí)施接地的作用一般包含了兩個(gè)，第一就是安全，第二就是抑制干擾。系統(tǒng)接地的方法有：浮地方式與直接接地方式以及電容接地這三種方法。就DCS、PLC控制系統(tǒng)來說，其為高速低電平控制系統(tǒng)，需要使用的是直接接地的方法。因?yàn)樾盘栯娎|分布電容與輸入裝置濾波等的原因，裝置間的信號替換頻率通常會(huì)小于1MHz。因此，DCS、PLC控制系統(tǒng)接地線會(huì)使用一點(diǎn)接地與串聯(lián)一點(diǎn)接地的方法。統(tǒng)一安排的DCS、PLC系統(tǒng)最合適的方法是并聯(lián)一點(diǎn)接地，每個(gè)裝置的柜體中心接地點(diǎn)通過單獨(dú)的接地線進(jìn)入接地極[5]。

3 結(jié)語

綜上所述，DCS、PLC控制系統(tǒng)的干擾非常繁雜。所以，在進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)的時(shí)候需要整體思考每個(gè)方面的原因，科學(xué)地抑制干擾，對出現(xiàn)干擾的情況還應(yīng)該做出詳細(xì)的分析，提出針對性的措施，以此來確保DCS、PLC控制系統(tǒng)的順利運(yùn)行。