淺論工業(yè)控制過程DCS系統(tǒng)常見電磁干擾及抑制方法

劉其奎

[摘 要]計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，使得DCS系統(tǒng)伴隨著也有了迅速的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。如今DCS控制系統(tǒng)已在眾多的行業(yè)中得到非常廣泛的應(yīng)用，其發(fā)展也比較迅速。但是，采用DCS控制的系統(tǒng)卻存在著復(fù)雜多變的具有隨機(jī)性的電磁干擾問題，因此需要引起人們的足夠重視。否則，就不能保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。本文在此簡要分析DCS系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用情況、DCS系統(tǒng)的電磁干擾因素，最后簡要介紹DCS系統(tǒng)抑制電磁干擾的主要措施。

[關(guān)鍵詞]工業(yè)控制；DCS系統(tǒng)；電磁干擾；抑制措施

中圖分類號：TQ171.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）06-0041-01

1 引言

在工業(yè)自動化控制過程，DCS系統(tǒng)則是在微處理器的基礎(chǔ)上按照控制功能分散、顯示操作集中和綜合協(xié)調(diào)設(shè)計的要求所設(shè)計的新一代儀表控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)，它融合了計算機(jī)、通訊、控制和顯示等科技技術(shù)，已在核電、火電、石化、化工、冶金、建材、煤炭等諸多領(lǐng)域都到普遍的應(yīng)用。應(yīng)用該控制技術(shù)，有效提高了所在領(lǐng)域的生產(chǎn)效率，使所在控制的地方自動化水平得到了整體的快速提高。但是，DCS系統(tǒng)中的電磁兼容問題，從而也影響了工業(yè)使用的儀表、電源和較為敏感的傳感器等設(shè)備工作的穩(wěn)定和可靠性問題。所以，隨著自動化體系的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，而DCS中所存在電磁干擾問題必須要引起足夠的重視。在此，我們對DCS系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾的原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的抑制措施，希望對該類型的控制系統(tǒng)應(yīng)用能有所幫助及借鑒參考。

2 DCS系統(tǒng)發(fā)展情況

1）DCS系統(tǒng)的概念。DCS系統(tǒng)實質(zhì)上就是分散控制系統(tǒng)的簡稱，它具有分散控制、集中操作、危險分散、配置靈活等的特點。自從上個2O世紀(jì)中期首套DCS系統(tǒng)問世以來，隨后便在工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)中就發(fā)揮了重大的作用，接著又被普遍運(yùn)用在石化、造紙、冶金、煤炭、建材等眾多領(lǐng)域和行業(yè)之中，如今它已經(jīng)應(yīng)用的非常普遍了。

2）DCS系統(tǒng)的發(fā)展簡況。就DCS系統(tǒng)而言，它也是現(xiàn)代工業(yè)自動化控制的核心部分，其體現(xiàn)著自動化控制技術(shù)和通訊技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用的水平。而最早的DCS系統(tǒng)，則是由日本和美國的公司分別研發(fā)出來的，并投入到工業(yè)使用中取得成功的。此后，許多國家的自動化企業(yè)便也進(jìn)入了該系統(tǒng)的開發(fā)行列。在進(jìn)入經(jīng)濟(jì)全球化的現(xiàn)代時期，我國為縮小在自動化技術(shù)控制方面與發(fā)達(dá)國家的差距，相繼也在國內(nèi)研發(fā)、推廣應(yīng)用了自己國產(chǎn)的DCS系統(tǒng)。

3）DCS系統(tǒng)的應(yīng)用簡況。作為DCS系統(tǒng)，一般都是采用分層控制，即不同的層存在對應(yīng)的通訊協(xié)議，最底層則為儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。而現(xiàn)代PLC系統(tǒng)和DCS等系統(tǒng)都融合了在一起，各個系統(tǒng)間的通訊規(guī)則也都有國家的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，按此整體設(shè)計控制系統(tǒng)。

3 DCS系統(tǒng)的電磁干擾

DCS系統(tǒng)應(yīng)用過程中，在對DCS系統(tǒng)實際運(yùn)行的研究中也不斷發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的電磁干擾源，其主要源于控制系統(tǒng)的內(nèi)部干擾和工作環(huán)境的外部干擾兩個部分，它主要包括四個方面：

1）輻射造成的干擾問題。由于電器設(shè)備和電力網(wǎng)絡(luò)的暫態(tài)問題，以及無線電波和高頻感應(yīng)加熱設(shè)備所產(chǎn)生的高頻電磁波，都能使電子設(shè)備處在電場和磁場的包圍中而對其產(chǎn)生很大的干擾，通常把它叫做輻射干擾。輻射干擾的分布具有很大的隨機(jī)性。一方面，輻射可以直接作用在電路上來影響DCS系統(tǒng)內(nèi)部從而產(chǎn)生干擾；另一方面，輻射也能夠影響通訊網(wǎng)絡(luò)按照感應(yīng)機(jī)理破壞而產(chǎn)生干擾。

2）接地系統(tǒng)混亂造成的干擾問題。在運(yùn)行過程中，接地則是DCS系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提條件。良好的接地方法，可以有效的抑制電磁干擾的作用，而錯誤或不正確的接地，則會引入強(qiáng)烈的干擾信號，并破壞DCS系統(tǒng)的正常運(yùn)行。所以DCS系統(tǒng)的接地應(yīng)包括安全地、交流地、信號地和邏輯接地等。對于正確的接地系統(tǒng)，則能夠在供電設(shè)備或者控制設(shè)備發(fā)生問題時，將較大的電流快速的排放到大地中去，并起到很好的屏蔽DCS系統(tǒng)。接地混亂，則會使不同接地點的電位分布差別較大，從而造成地環(huán)路電流，影響DCS系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性。

3）電源內(nèi)部原因造成的干擾問題。如果電源的濾波功能欠佳、內(nèi)部的電壓浮動較大等原因，從而就會引起DCS系統(tǒng)發(fā)生故障。這種事例也比較多，在調(diào)試中也會經(jīng)常碰到。在使用性能良好的DCS電源時，此類問題就會迎刃而解。DCS系統(tǒng)所使用電源，通常來自與電網(wǎng)。但是，電網(wǎng)由于分布范圍很大、有較大的電力設(shè)施的啟停、電網(wǎng)中發(fā)生短路時的暫態(tài)沖擊等原因，也很容易受到空間電磁干擾而在線路中產(chǎn)生感應(yīng)的電壓和電流，從而就會干擾DCS系統(tǒng)。所以DCS系統(tǒng)需要使用隔離電源，不過因為結(jié)構(gòu)和工藝的原因，有時往往并不能達(dá)到預(yù)期的隔離性能和效果。而事實上，絕對程度上的隔離則是理想化的，采取一定的措施，也基本上能達(dá)到所要的效果。

4）信號線引入造成的干擾問題。在信號傳輸系統(tǒng)中，由于傳輸各種有效信號的大量信號傳輸線和DCS系統(tǒng)相連，在傳輸信號的同時，也必然會侵入外部的干擾信號。一般信號傳輸線在空間電磁輻射的作用下，其上面的外部干擾也是非常嚴(yán)重的。而信號所帶來的干擾會導(dǎo)致輸入、輸出信號端口不能正常工作，這是對事物的測量精度也會大幅度下降，在某些情況下也可能造成元件壽命的折損。假如系統(tǒng)的隔離能力比較低的情況下，也會引起信號之間相互作用，從而導(dǎo)致供地系統(tǒng)總線回流而發(fā)生死機(jī)等現(xiàn)象。事實也證明，DCS系統(tǒng)由于采用了信號線所帶來的干擾使大量的I/O模塊受到損傷。因此，引起系統(tǒng)不能正常工作的事故也會多發(fā)。對此，應(yīng)注重之。

3 DCS系統(tǒng)抑制電磁干擾的主要措施

對DCS系統(tǒng)的電磁干擾情況來說，其原因也有許多種，它們都會破壞系統(tǒng)的正常工作，因此在設(shè)計系統(tǒng)和調(diào)試時，都必須采取一定的方法來抑制這些干擾，保障被控系統(tǒng)能正常運(yùn)行。為實現(xiàn)這個目的，就要針對以上的干擾問題，提出相應(yīng)的抑制具體措施。

針對電磁場的不同頻率，就有可能影響到空間輻射，這時可以設(shè)置屏蔽電纜和DCS局部屏蔽以消除之，其中利用雙絞線的屏蔽電纜也是一種有效的解決辦法。對于電網(wǎng)系統(tǒng)的干擾，可以采用不間斷供電電源的供電結(jié)構(gòu)，其中低通濾波器就能夠過濾高頻率的干擾信號；對與DCS系統(tǒng)相連的信號線，應(yīng)經(jīng)過可靠的屏蔽和接地等措施來加以處理（如采用屏蔽電纜等方法）；將電纜屏蔽層兩端部分接地，以能夠構(gòu)造成地環(huán)路，這種方法中的電流在傳遞過程中有可能干擾到信號增強(qiáng)接地系統(tǒng)的可靠性?？傊?，針對不同的系統(tǒng)設(shè)計布局，各個環(huán)節(jié)都要采取必要的防干擾措施，以保證控制系統(tǒng)能確保正常運(yùn)行。

4 結(jié)束語

綜上所述，根據(jù)對DCS系統(tǒng)常見有關(guān)問題的分析及其相應(yīng)抑制措施的分析，我們明顯可以看到，為了增強(qiáng)系統(tǒng)抵抗電磁干擾的影響能力，就需要采取相應(yīng)的抑制措施。這些措施必須要有針對性，以可靠保障屏蔽或防止干擾信號的竄入，從而保證整個控制系統(tǒng)能可靠、穩(wěn)定正常運(yùn)行。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，合理設(shè)計、布局防干擾措施，這也可以為系統(tǒng)設(shè)計等提供參考，為類似防干擾工程控制提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]王常力，等.集散型控制系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，1993.

[2]高革雄.淺談DCS控制系統(tǒng)的干擾與防范[J].杭州化工，2006.

[3]梁新光，等.DCS控制系統(tǒng)在調(diào)試和運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及處理方法[J].大化科技，2OlO（1）.

[4]姚運(yùn)超，等，淺析DCS控制系統(tǒng)接地的應(yīng)用與要求[J].可編程控制器與工廠自動化，2010（01）.

[5]張春龍，DCS控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（03）.

[6]徐燕.集散控制系統(tǒng)原理及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.