药厂空调DCS自控系统抗干扰措施分析

唐准 彭淦平

摘要：为满足GMP要求，制药企业普遍采用空调自控DCS净化系统，空调控制系统的运行往往受到许多干扰 ，因此 ，分析药厂空调控制系统的抗干扰措施就显得很重要。

关键词：药厂；空调DCS自控；抗干扰

前言

近年来随着科学技术的进步和药品法规GMP的不断实施，净化空调自控系统逐渐成为制药环节中至关重要的一环。然而许多药厂在自控设计和施工中并没有考虑到自控系统抗干扰环节，从而导致系统的稳定性和可靠性大大降低，存在空调系统停运和提供不合格空气的可能，直接影响到药品的质量。因此，分析适用药厂空调自控系统尤其是得到广泛应用的DCS系统中各种干扰产生的原因和影响及其对应措施对药厂空调自控系统的稳定运行，保证了药品生产环境具有重要的意义。

1.药厂空调自控系统常见干扰及来源

1.1 接地干扰

接地是防止干扰和抑制噪声的重要手段。DCS控制系统的地线包括系统地、交流地、保护地和屏蔽地等。正确的接地，不仅可以抑制电磁干扰的影响，还能抑制设备向外发出干扰。但是一旦出现接地混乱将会导致产生环路电流的情况，造成DCS系统经常不明原因的“死机”或信号数据失真。

1.2 电网干扰。

药厂空调自控系统普遍采用直接电网供电方式,由于电网覆盖范围广，电网上各种大型电源设备的起停、操作浪涌、短路暂态波动、交直流传动装置引起的高次谐波甚至是雷电等都会在线路造成电磁干扰,给系统造成极大的危害，引起空调自控系统的误动作或失控，甚至引起现场控制器DDC死机。

1.3变频器干扰

变频器是药厂空调自控系统常用设备，且数量众多，DCS系统中变频器与现场控制器DDC的应用非常普遍。变频器是利用电力电子半导体器件的频繁快速通断实现电信号的频率变换的，整流电路和逆变电路使得变频器的输入侧和输出侧的电压、电流都含有丰富的谐波，造成电网波形的畸变，【1】从而将干扰引入DCS系统中。另外，变频器的输出还会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常工作。

1.4信号线干扰

药厂空调现场到计算机主机的连线往往长达数百米。长线传输信号时，信号线容易受到直接空间电磁辐射感应干扰，和通过传感器、变送器和现场控制器供电电源串入的电网干扰，严重时甚至引起元器件损坏。另外，高速度变化的信号在长线传输中还会出现波反射现象，影响通讯质量。

2.空调自控干扰的抑制措施

2.1接地干扰的抑制措施

良好的接地是保证空调自控DCS系统安全可靠运行的重要保证。接地系统应考虑以下三个部分:a.供电返回;b.模拟信号参考;c.机柜和外壳。这3部分都有一个自己的公共接地点，且相互间绝缘隔离，然后他们再分别接至系统的参考地。从而确保系统即使受到干扰，系统各部分仍将在同一個相对电位点上，在干扰期间和干扰后都能正常运行。如对于现场设备来说，必须遵循单点接地的原则，防止过程通道引入的干扰。

2.2电网干扰的抑制措施

对于DCS来说,电源引入的干扰占很大份量,因此着眼从电源设防是很重要的。【2】对于药厂空调自控电源来说，一般采用以下三种方法来抑制电网对其的干扰。

（1）性能可靠的UPS电源对于抑制电源干扰具有良好的效果。选用在线的UPS使供电通过逆变器与交流电网完全隔离，提高电源品质。UPS的应用不仅在电源隔离方面起到良好的抗干扰作用，而且还能提供不间断电源，在满足安全可靠性要求方面也起到了良好的效果。在电源的输入输出端装设瞬变电压抑制器可抑制浪涌电流干扰，有效地进行防雷保护。

（2）现场设备的供电应尽可能用同一UPS供电。药厂空调自控现场用的最多的设备是现场控制器、各种传感器和阀门执行器，这些设备应尽可能采用同一UPS供电。另外，在电源输入端加装滤波电路是消除高频干扰和共模干扰的有效办法。

（3）注意电源线的抗干扰措施。DCS主机、现场设备与UPS之间的供电线路应采取相应措施以减少线路损失,防止因各种干扰导致电压波形畸变。此外，在 UPS进出线路之间，供电线路与信号线路之间也应该进行屏蔽和隔离。这些措施可以有效地减少干扰信号的耦合，保证正常电源供电。

2.3变频器干扰的抑制措施

对于空调自控系统内部的变频器干扰问题主要采取抑制来自变频器内部的干扰信号的方法。主要采用以下两种方法：

(1) 加装EMI滤波器，在变频器的输入和输出电流中的高次谐波分量除了能对其他设备进行干扰外，还会消耗了大量的无功功率，使线路的功率因数大大降低。因此在变频器与空调风机电机之间、变频器与电源之间分别加装EMI滤波器是抑制高次谐波的有效方法。由电感线圈构成的输出滤波器不仅起到抑制干扰的效果，而且能够减少空调风机电机中由高次谐波电流引起的附加转矩。

(2) 屏蔽干扰源，为了不让变频器电磁干扰泄露，除变频器本身采取屏蔽措施外，在变频器和风机电机之间的电缆还应穿钢管铺设,周围敏感电子设备和线路也要进行屏蔽处理,避免辐射干扰。

2.4信号线干扰的抑制措施

药厂空调自控系统中运用到各种类型的信号，如风阀执行器控制选用0-10V电压信号，皮托管风速仪输入信号选用4-20mA电流信号。这些信号线在传输过程中会受到各种干扰，干扰通过信号线传输进入主机或是现场控制器等，引起控制系统异常，因此阻断干扰也应当从信号线考虑，进行如下两点设防。

（1）合理配线，隔离干扰。合理配线是防止干扰通过耦合传输进入系统的有效方法。一般在施工中要注意信号线与动力线要尽可能垂直，最好是平行走向，穿管敷设时两者必须分开安放在不同管内，同一多芯电缆内不宜设置不同种类的信号等，这些措施可以有效地减少干扰信号的耦合。采用双绞线传输也是一个有效的方法。

（2）信号在长线传输中需要一定的时间，若存在一瞬变信号，其变化的时间小于传输时延，则将引起反射现象。这种反射现象会在很大程度上影响到信号的通讯质量。设计中如果根据传输线的特性阻抗进行匹配就能抑制或消除这种反射现象。

3.结束语

近年来，很多制药企业虽然不惜投入资金用于改造自已企业的空调自控制系统，但是效果却差强人意，因此，药厂空调DCS控制系统中的干扰是一个复杂的问题，对不同情况应用对症下药地分析，采取合适有效的方法，才能够使药厂空调DCS控制系统控制系统正常有序的运行。

4.参考文献

[1] PLC的抗干扰与可靠性分析 [J].工业技术.,2013,15:97-98

[2] 王智 张毅. DCS抗干扰和接地设计若干问题的讨论[J].石油化工自动化.,2003,5:98-100