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DCS信號干擾原因分析及抑制

更新時(shí)間:2021-09-30 17:35:21 點(diǎn)擊數:10900

隨著(zhù)我國工業(yè)的發(fā)展,對工業(yè)控制系統自動(dòng)化水平的要求也在不斷提高,為了滿(mǎn)足自動(dòng)化控制的要求,DCS系統已經(jīng)廣泛運用于工業(yè)自動(dòng)化控制。因此,DCS控制系統的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行,其中系統的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統可靠運行的關(guān)鍵。目前,自動(dòng)化系統中所使用的各種控制系統大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。在施工現場(chǎng),電氣設備、儀表、DCS控制系統、DCS系統之間進(jìn)行信號傳輸時(shí),往往存在干擾,造成系統不穩定甚至誤操作,必須得到重視。


—— 主要有哪些引入干擾 ——



電阻耦合干擾

工作過(guò)程中,由于許多工廠(chǎng)對于電線(xiàn)老化問(wèn)題較為忽視。當多種信號線(xiàn)路一起進(jìn)行信號傳輸時(shí),會(huì )由于電線(xiàn)上的絕緣材料老化漏電而影響到其他傳輸信號,對其他傳輸信號有所干擾。除此之外,不僅信號線(xiàn)老化會(huì )對其他信號線(xiàn)產(chǎn)生影響,而一些大功率電路(例如:產(chǎn)熱電路)在使用中如果發(fā)生線(xiàn)路老化,也會(huì )對信號產(chǎn)生很大干擾。

電容電感耦合干擾

通常的時(shí)候,被控現場(chǎng)的控制柜接入了諸多信號線(xiàn),這些信號線(xiàn)有的使用電纜槽,有的使用電纜管,尤其是諸多信號同時(shí)布線(xiàn),而信號間存在電容分布,會(huì )對別的信號線(xiàn)形成干擾。特別是在交流信號線(xiàn)四周形成交變磁通,進(jìn)而在并行導體間形成電勢,造成電勢干擾信號。

雷擊干擾

當發(fā)生雷擊時(shí),較大的電磁干擾也許會(huì )形成于所需信號左右,當然引入干擾途徑也會(huì )在一定程度是經(jīng)過(guò)各種接地線(xiàn)導致。雷擊干擾方式主要有2種:一種是架空電源線(xiàn),導致信號線(xiàn)遭遇雷擊造成干擾;另一種是信號電纜周?chē)庥隼讚簦瑢е滦盘柧€(xiàn)上形成電容、電感耦合分布,進(jìn)而形成較大干擾,嚴重時(shí)損害設備,造成人身事故。

供電線(xiàn)路干擾

由于電廠(chǎng)中的大型設備啟動(dòng)關(guān)閉較為頻繁,對大型元件的開(kāi)關(guān)操作也很頻繁,在這些大型電機設備開(kāi)關(guān)時(shí)會(huì )產(chǎn)生瞬時(shí)的大型交變磁場(chǎng)。交變磁場(chǎng)會(huì )在信號線(xiàn)上發(fā)生耦合,從而對系統產(chǎn)生干擾,而這些交變磁場(chǎng)也會(huì )對電源線(xiàn)產(chǎn)生高頻干擾,信號程度如果超過(guò)規定范圍也會(huì )對系統產(chǎn)生影響。為了保證在大型電機進(jìn)行開(kāi)關(guān)時(shí)對系統進(jìn)行保護,可以采用在電路中加入變壓器,保證在開(kāi)關(guān)電機時(shí)不會(huì )因為電壓變化過(guò)大而產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。



—— 造成干擾的主要原因 ——



材料及設備問(wèn)題

接入DCS系統的控制信號通常采用電纜作為傳輸介質(zhì)將信號送至DCS系統,當信號電纜絕緣材料老化,屏蔽材質(zhì)損壞,即會(huì )被其他電磁干擾源干擾,干擾會(huì )造成測量的誤差,嚴重的干擾會(huì )造成設備損壞。

施工不規范

DCS控制系統中,往往有很多信號同時(shí)接入DCS。這些信號線(xiàn)或者走電纜槽,或者走電纜管,造成現場(chǎng)很多不同種類(lèi)電纜在同一個(gè)路徑附設。這些信號之間均有分布電容存在,會(huì )通過(guò)這些分布電容將干擾加到別的信號線(xiàn)上。同時(shí),在傳輸信號的周?chē)h(huán)境產(chǎn)生交變的磁通,例如動(dòng)力線(xiàn)、電動(dòng)機、發(fā)電機、電源變壓器和繼電器等都會(huì )產(chǎn)生這種磁場(chǎng)。這些磁場(chǎng)往往會(huì )造成較大的干擾。

接地不合理

比較常見(jiàn)的接地事故是信號線(xiàn)的兩端均接地,這樣會(huì )因地電勢差而產(chǎn)生較大的干擾。如信號線(xiàn)的兩端同時(shí)接地,可能會(huì )有較大的電位差,這種電位差可能會(huì )在兩端之間的信號線(xiàn)上產(chǎn)生一個(gè)很大的環(huán)流。產(chǎn)生電磁波,干擾信號。還有DCS系統總接地電阻不符合DCS系統正常工作要求等等。



—— 如何抑制干擾 ——



保證信號線(xiàn)正常使用

在信號線(xiàn)的使用過(guò)程中,避免多條信號線(xiàn)糾纏在一起,同時(shí)定期對信號線(xiàn)進(jìn)行檢查,對有絕緣膠體有破損的信號線(xiàn)進(jìn)行修復和更換,以保證信號線(xiàn)的正常使用,避免發(fā)生漏電而對傳輸信號產(chǎn)生干擾。

將電纜分層敷設

將傳遞不同信號的電纜隔離開(kāi)來(lái),采用分層鋪設的方式對電纜進(jìn)行一定的調控,從而保證電纜之間不會(huì )相互作用。對于傳遞相同信號的電纜來(lái)說(shuō),也應當盡可能避免線(xiàn)路密集的糾纏,由于計算機端口在對信號進(jìn)行處理時(shí)對信號可以進(jìn)行一定程度的精密分析,所以如果有較為類(lèi)似的信號互相發(fā)生信號干擾時(shí),會(huì )對計算機的判斷產(chǎn)生影響,從而導致計算機工作過(guò)程中出現分析錯誤。

信號線(xiàn)隔離

在設備運行過(guò)程中,可以采用電纜隔離的方式將信號進(jìn)行隔離,從而保證信號之間不會(huì )產(chǎn)生相互影響。但隔離方式不僅可以將傳輸信號線(xiàn)進(jìn)行隔離,還可以在電腦端將信號進(jìn)行分類(lèi)隔離,采用這種隔離方式可以很大程度上減小共模干擾對計算機造成的危害。還可以采用隔離放大器將信號的輸入端與計算機完全隔離,采用這種方式可以對阻斷干擾信號之間形成回路,抑制干擾的危害,保證系統的正常運行。

供電系統隔離

由于一些現場(chǎng)常常會(huì )對大功率電機進(jìn)行開(kāi)關(guān),開(kāi)關(guān)過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生高頻信號,為了防止高頻電磁對系統產(chǎn)生干擾,可以通過(guò)在供電線(xiàn)路上安裝變壓器,可以對大功率電機開(kāi)關(guān)所產(chǎn)生的高頻電磁進(jìn)行約束,避免對系統產(chǎn)生影響。

扭絞與屏蔽

信號導線(xiàn)的扭絞即雙絞線(xiàn)替代平行導線(xiàn),可達到抑制磁場(chǎng)干擾效果。

屏蔽即采取金屬導體隔絕元件、組合件以及信號線(xiàn)。屏蔽可以很好的抑制電容性耦合噪聲。常用的方法是通過(guò)屏蔽雙絞線(xiàn)連接模擬信號。通常情況下,不但電噪聲干擾信號,而且強交變磁場(chǎng)也會(huì )干擾信號。因此,不但需要考慮電屏蔽,而且需要考慮磁屏蔽,可以采取導磁性能優(yōu)越(如鐵、鎳等)的導體實(shí)現屏蔽措施。

做好接地

對于DCS接地系統,其主要包括2方面作用:一方面,在信號、供電電源進(jìn)入DCS系統后或其自身發(fā)生故障時(shí),可以承擔超負荷電流而且能夠將其傳人地中;另一方面,接地系統可以提供屏蔽層給DCS,進(jìn)而隔絕電子噪聲干擾,同時(shí)可以提供參考零電位給全部系統。所以DCS系統通常包含工作及保護2個(gè)接地。

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