抑制信号干扰的方法研究和应用

叶国满，屠士凤，林 晨，王世云，丁俊宏

（1.浙能乐清发电有限责任公司，浙江 乐清 325609；2.浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

发电厂厂区现场线路密布，设备启停频繁，存在严重的电场和磁场干扰源。处于这种环境中的热控系统设备及电缆，经常会受到控制回路自身、电磁耦合、静电感应或接地线电位波动产生的干扰。这些干扰轻则会引起设备误发报警信号，降低系统可靠性，重则导致设备不能正常运行或损坏，甚至引起机组跳闸，因此提高控制系统抗干扰水平和人员对干扰故障的快速处理能力，对热控专业来说尤为重要。

1 干扰信号处理

1.1 干扰信号检查与软件处理

1.1.1 脱硫净烟气流速跳变现象检查

乐清发电厂的2号机组C修和3号机组A修期间，分别对2号和3号机组的脱硫净烟气流量测量装置进行了改造。改造结束投入运行后，发现净烟气流速均存在跳变现象。

净烟气流速计算方法为：就地3只差压变送器及压力和温度测量信号送入PLC（可编程逻辑控制器）控制系统，经压力和温度补偿后计算其流速，计算公式为：

式中：V为被测气体流速；K为风量测量装置流量系数，取0.75；ΔP为风量测量装置输出差压；t为被测气体温度；Px为被测气体管内压力。

检查PLC控制柜输入/输出信号屏蔽线，确认单端接地情况良好。查看历史曲线，发现流速信号和温度补偿信号同时跳变，经试验确认是温度补偿信号跳变引起流速信号跳变。

1.1.2 脱硫净烟气流速信号干扰的软件处理

对2号、3号机组的净烟气温度信号记录曲线进行分析，发现温度通道检测到的尖峰出现时间虽然很短，仅几毫秒，但若尖峰出现在信号采集的时段内，就会造成流速信号跳变。因此，采取在PLC控制柜的信号电缆上套装磁环、温度信号输入端加电容等措施，但效果均不明显。查看就地热电阻元件，发现有螺丝松动，但更换元件后也没有效果。经分析研究后，决定修改PLC控制软件，通过编程实现滤波，在温度信号尖峰出现的瞬间不采样，保持之前的测量值输出，以消除温度尖峰信号的干扰。

处理后，温度信号显示跳变情况未再发生，净烟气流速信号跳变情况也随之消除。

1.2 信号异常波动现象的检查和处理

某日，机组正常运行中，3号机组脱硫系统2号增压风机液压油箱油温信号出现波动，查找及处理过程如下：

（1）经检查，干扰信号来自2号增压风机液压油箱，现场检查发现信号电缆屏蔽层未接地，在控制柜对该信号电缆屏蔽线作接地处理后，信号仍有波动。

（2）现场侧用电阻箱加信号试验，屏蔽电缆屏蔽层接地和不接地2种方式下，信号仍有波动。

（3）在2号增压风机液压油箱油温控制柜输入端加0.033 μF电容，信号波动现象消除。

2 消除信号干扰的软/硬件方法

发电厂现场的热工测量与控制设备处于随时可能出现强电场和强磁场的环境，其输出或接收的模拟量及开关量信号通过密布的电缆连接控制系统。为了避免或降低信号干扰，热控人员要熟悉和掌握提高系统抗干扰能力的方法，采取主动预控措施，一旦发生干扰就能迅速查找并予以解决。信号干扰故障的常用处理有以下几种。

2.1 利用软件消除干扰的方法

通过软件处理干扰信号的特点是：简单易行、修改灵活、不需要增加硬件、节省资源，因此采用软件抗干扰技术作为硬件措施的辅助手段来抑制干扰信号，可以取得很好的效果。

2.1.1 延迟滤波比较法抑制模拟量信号干扰

对于模拟量信号的周期性干扰，通过延迟滤波比较法进行抑制可以取得较好的效果，组态逻辑见图1。正常情况下，模拟量输入信号（IN）经过一阶延迟滤波后直接输出（OUT），即OUT=IN；当有干扰信号时，输入信号IN经过一阶延迟滤波后与含有干扰信号的IN信号相减，取绝对值与最大偏差值HL进行比较，若大于或等于HL的预设值，OUT1=1，延迟滤波器LG切换至跟踪状态，此时OUT保持干扰发生前的采样值IN，直到干扰信号减弱，OUT1=0，OUT=IN。该逻辑的缺点是一阶延迟滤波时间time会影响信号的灵敏度。

图1 延迟滤波比较法组态逻辑

2.1.2 信号变化速率及坏点闭锁逻辑

图2是目前在某些DCS系统中采用的信号变化速率保护逻辑。信号回路正常情况下，输入信号大于保护定值H1时将发出保护跳闸信号。当信号回路不正常时，判断信号为坏点，屏蔽保护动作输出信号；当信号的变化率超过设定的限值H2时，SR触发器置1，保护动作被闭锁；测点故障消除后保护闭锁解除，保护重新投入运行。只要信号变化率的限值H2设置合适，在干扰、断线情况下，该逻辑能够有效防止保护误动。该逻辑的缺点是：报警手动复归连接的模块如采用或门，速率大报警信号将随着信号回归而消失，运行中速率保护动作可能被运行或热工人员所忽视。如采用与门，速率保护动作后要由运行人员手动复归，才能使保护重新投入运行，存在保护不能及时投入的可能。如将逻辑修改成如图3所示，则上述缺点可以避免。该逻辑在信号回归后，速率保护自动恢复投入，而报警信号则需要人工手动复归才能消失，以提醒运行或热控人员进行原因分析与查找。

图2 信号变化速率及坏点闭锁逻辑

使用该逻辑作为热电阻信号速率保护时，还要注意热电阻输入通道模块内通常要设置一阶滤波时间参数，若该时间参数设置过大，即使输入温度信号有较大变化，该模件输出变化也可能变缓慢，此时若使用如图3所示的逻辑作为温度变化率逻辑，将失去控制意义。故组态时需修改系统默认的一阶滤波时间参数，将其设置成较小的值或0。

图3 修改后的信号变化速率及坏点闭锁逻辑

2.1.3 计数器法抑制数字量输入信号干扰

数字量输入的信号干扰可以利用计数器法进行抑制，组态逻辑如图4所示。当外部有输入信号IN，控制系统重复采集连续的脉冲个数达N（一般情况下取2）且采集结果完全相同时才视为有效，计数器输出使RS触发器输出即OUT为1；当外部输入信号IN由1变成0时，非门输出1，RS触发器的复位端R为1，将RS触发器的输出复位成0。而当有瞬间干扰脉冲时，计数器CON将采集不到连续的N个完全相同的脉冲（即多次采集的信号总是变化不定），CON计数器无法输出。由于计数器响应速度较快，可对周期性的瞬时干扰起到一定的抑制作用，但不能消除超过CON计数器采样时间的干扰。在满足实时性要求的前提下，在各次采集数字信号之间插入一定的延时，数据的可靠性将进一步提高。如果系统实时性要求不是很高，建议指令重复周期尽可能长。

图4 计数器法抑制数字量干扰信号

2.2 消除干扰的硬件方法

通过加硬件设备的方法来处理传导干扰时，通常采用试凑法，给信号发生源及被干扰设备的信号或电源线等安装滤波、隔离、瞬间泄放等元器件，以消除、降低或阻止传导干扰的传输。

（1）对于共模转串模造成的干扰，可采用线缆通过电容接地（22～220 μF）的方式； 对于电磁感应造成的串模干扰，可以采用信号回路间加滤波电容（约0.033 μF）的方式。开始时先试接小容量，如有效果可逐步增加容量。对于电磁场耦合干扰，可在控制系统输入信号芯线上套装合适的磁环，如有效果再逐个增加磁环。在加大电容量或磁环个数过程中，一旦发现信号出现衰减，就应减少当前的电容容量或磁环个数。

（2）在防雷击区域或露天安装的变送器、执行机构等设备或DCS通道，可采用在信号通道输入端加装防浪涌保护器、压敏电阻或齐纳二极管和电容组合方式，发生雷击时能快速响应并限制过电压，有效保护仪表设备或DCS通道。

（3）当PLC的输入或输出端连接感性负载时，为抑制电路电弧对PLC的干扰，可在直流感性元件两端并联续流二极管，并注意额定电流和电压的选择。在交流感性元件两端可并联浪涌抑制器，也可用电阻（51～120 Ω）和电容（0.1～0.47 μF）串接，电容的额定电压应大于电源峰值电压。

（4）若控制回路中使用接近开关、光电开关作输入信号源，由于这类传感器的漏电流较大，可能出现错误的输入信号，此时可在控制系统的信号输入端并联旁路电阻，以减少输入电阻。

（5）在测量精度和系统误差允许范围内，对电位差形成的对地环路、高频和低频干扰、电气进入DCS的信号和必须在现场端接地的变送器等传感器，可在测量回路加装信号隔离器，利用通道隔离技术切断外部干扰窜入输入/输出通道的渠道。建议采用无源隔离器，否则，在电源容量允许的前提下，隔离器电源应该与对应的测量或控制仪表采用同一电源，并保证不引起信号失真。

（6）有雷击侵入危险的输入通道，可用自恢复保险丝（正温度系数的热敏电阻）代替电流保险丝，既能阻止雷击瞬间的电流侵入，也可免除经常更换的麻烦。

3 结语

电力生产中不可避免地会遇到各种各样的信号干扰，必须充分了解干扰产生的机理，掌握提高系统抗干扰能力的具体措施和消除或降低干扰影响的途径，在控制系统的安装调试和检修维护过程中不断积累经验，确保设备在复杂电磁环境下可靠运行。

[1]徐义亨.工业控制工程中的抗干扰技术[M].上海：上海科学技术出版社，2010.