水泥工业DCS控制系统的抗干扰措施探讨

方秋琳

（华润水泥（南宁）有限公司 广西南宁 530000）

水泥工业DCS控制系统的抗干扰措施探讨

方秋琳

（华润水泥（南宁）有限公司 广西南宁 530000）

几年来我国的科学技术发展速度越来越快，推动着工业的迅速发展，尤其是在水泥工业的控制过程中，DCS的应用十分广泛，并且受到高度关注，这项系统属于工业控制系统之一，对工业行业的经济运营、安全生产等影响较大，这一系统所具备的抗干扰功能已经成为了维护工业系统稳定运行的重要保障。本文首先分析了工业控制系统中的干扰来源，进一步研究抗干扰的相关措施，确保工业生产安全、稳定的运行。

水泥工业；DCS系统；抗干扰；稳定运行

前言

水泥行业支撑着我国社会经济持续增长的一大来源，尤其是在科技迅猛发展的背景下，使得水泥行业不管是生产设备、生产技术，还是产品质量、品种等均得到大幅度发展。在工业生产过程当中，电气设备的控制已经从陈旧的继电控制，逐步发展成为目前的DCS系统控制。但是，在这个控制系统中，由于会受到多方面因素的影响，使系统的稳定、安全运行受到一定的干扰，特别是在水泥生产过程中，难以充分发挥DCS系统的控制作用，所以，解决一切干扰系统运行的因素，十分必要。

1 分析干扰DCS系统运行的来源

1.1 系统的外引线引起干扰

（1）接地系统出现混乱，出现干扰问题。一般情况下，在实际工作过程当中会采取接地方式来增强电子设备的电磁兼容性，不科学的接地方式就会使得系统信号受到严重干扰，进而使得系统的可靠运行受到直接影响。若电气设备的接地出现混乱，则各个接地点间就会存在一定的电位差而出现环路电流，例如电缆屏蔽层的接地点为一点，若屏蔽层的两端都出现接地情况，那么就会出现电位差导致电流从屏蔽层流过，设备在这种状态下运行，一旦有雷击现象发生，就会增加地线的电流，很可能烧坏设备。此外，接地线和地表、屏蔽层之间极易形成闭合回路，当设备受到磁场变化因素影响的时候，屏蔽层会出现感应电，就会干扰到系统信号。若接地的方式处理不妥善，同一地线上很容易分布不同程度的差异电位，进而对给DCS系统的内逻辑或者模拟电路等带来不利。

（2）电源干扰。DCS的控制系统正常运行需要电网给予供电，电网覆盖的面积十分广泛，极有可能遭受空间电磁干扰，此外，若电网发生内部变化，例如开关操作浪涌，或大型设备启停以及电网短路等，都会传送到电源原边，DCS系统的电源大多采取隔离电源，但是如果制造工艺较差就会降低其隔离性能，使得控制系统受到电源原边传来的电源干扰。

（3）信号线干扰。DCS的控制系统需要与各类信号线连接，这些信号线在对系统传输有效信息的同时，还有可能将外部的一些干扰信号带入系统，造成干扰问题。干扰信号的侵入途径有两种：①通过系统变速器的供电电源侵入；②与系统共用同一个信号仪表供电电源，使得系统容易收到电网干扰，一般情况下后者常常受到工作人员的重视。当信号线遭受空间外部感应的干扰时，信号线也会引入干扰，从而对I/O信号造成影响，而且还会降低信号测量精度，严重时甚至损伤元器件；若水泥生产过程中采用的系统隔离性较差，则信号之间也会产生相互干扰的情况，使得共地系统出现总线回流。如果这类干扰问题没有得到及时处理，则系统的逻辑数据就会出现变化，或者发生死机、误动等。

1.2 受空间的辐射干扰

由于受到雷电、电力网络、雷达或者高频感应设备等因素的影响，使得水泥生产过程中形成一定的辐射电磁场，即辐射干扰；若DCS系统处于射频场时必然受其干扰。空间辐射干扰对DCS系统造成的影响有两种：①内部辐射干扰，通过电路感应而形成；②经通信线路感应而引入干扰；DCS系统的辐射干扰和生产现场设备布置的情况、设备形成电磁场的大多有密切的关联，这种辐射通常可以采用DCS系统的局部屏蔽、屏蔽电缆等方式来解决。

1.3 来自系统内部干扰

系统内部造成的干扰是指系统的内部元件与各电路受到电磁辐射作用下形成干扰，例如逻辑电路的辐射干扰以及对模拟电路的干扰等，均属于DCS系统内部干扰，对水泥企业而言，这类干扰难以消除，所以选择一些运行效率较好的系统会降低干扰带来的影响。

2 对DCS系统的抗干扰措施

2.1 电缆的选择、敷设应当科学合理

在水泥生产过程当中，为了使动力电缆的辐射干扰尽可能减至最低，尤其是变频装置的馈线电缆所造成的干扰，应当选择铜带的铠装来对电力电缆进行屏蔽。同时对于类型不同的信号，要选择相应电缆来传输，不可混合传输，造成信号混乱。在敷设信号电缆的过程中需要按照传输信号的种类来进行分层敷设，不可集中于一层，此时还应注意的是不可以借助同一个电缆的导线，同时传送信号和动力电源。

2.2 选择使用抗干扰能力强的设备

在选择设备的时候：①选择使用抗干扰能力强的设备，这里所说的抗干扰能力包括了对电磁的兼容性，特别要选择使用抗外源干扰力强的设备。例如选择采用隔离性能较高的DCS系统、浮地技术等；②抗干扰设备的应用还需借助其生产厂商提供的抗干扰指标来选择，例如设备的差模拟、共模拟制比以及在强磁场环境中允许的最大电场强度、最高频率等；③需参考这类设备在在类似的工作中创下的实际绩效；④选择一些国外进口的设备产品时，应当要注意其电网制式，因为我国电网的内阻较大，零点电位、地电位的变化都相对较大，我国工业现场电磁干扰会比欧美国家高出两倍，甚至更多，因此，选择国外产品的时候对系统的抗干扰能力要求应当更高，需根据实际情况来做合理的选择。

2.3 软件的抗干扰

2.3.1 延时确认

输入开关量的时候，软件延时可选择20ms，并且对同一信号读入两次或两次以上时，确认结果一致之后才能输入。此外，还可以选择延迟时间接通的定时器或者借助DCS扫描的周期时间来实现时间的延迟；输入模拟量的时候，为了进一步消除生产现场的瞬时干扰对系统的影响，可应用软件数字滤波技术来进行，例如平均值法、中值法等。

2.3.2 封锁干扰

如果系统运行过程中，有一些干扰是可以进行提前预知的，例如DCS系统的输出命令使执行设备出现火花，电弧信号可能是DCS接收到错误的信息等，在面对这些可以预知的干扰时可选择软件封锁的方式封锁某些DCS的输入信号，等到干扰易发时期过去之后再取消封锁即可。

2.3.3 对故障进行检测、诊断

DCS的控制系统本身就带有自诊断的功能，也可以借助其他的设备工具来找出故障部位及部件，工作人员只需根据系统的这种自诊功能更换故障部位，系统功能就可以恢复且正常运行。此外，在故障检测、诊断过程中，还可以采取一些常用技术，例如采取信息冗余技术来设计软件的标志位；使用间接跳转来设置一个软件陷阱，以此提高系统软件结构可靠性等。

2.4 选择正确的接地点，确保接地系统安全可靠

电气设备都需要进行接地，其目的就是为了保障设备安全运行和控制干扰。所以建立一个良好的接地系统对强化DCS系统的抗电磁干扰能力十分重要。一般情况下，系统接地方式包括了直接接地、电容接地以及浮地等，实际上DCS系统属于一种低电平、高速度的控制装置。所以只需要直接采取直接接地即可，系统受到信号电缆的分布电容、输入装置的滤波等因素作用下，各装置之间信号交换的频率不会高于1MHz，所以系统可以直接采取串联一点或者并联一点的方式来接地线；一些集中系统的接地线主要采用并联一点的接地方式来进行，也可以把各装置的中心接地线单独与接地线链接，接地线需用铜导线进行，且截面必须大于22mm2，总母线应当使用截面大于60mm2的铜线。接地电阻建议控制在2Ω以内，而接地极和建筑物之间的距离以10～15m最佳，系统的接地点与强电设备的接地点间距应大于10m，图1为DCS系统的接地实例。

图1 DCS系统的接地实例

3 结束语

DCS的控制系统抗干扰处理极为复杂，所以工作人员应当对所有可能对系统造成干扰的因素进行分析，并且对干扰原料、来源、类型等充分认识，有助于采取有效且科学合理的措施进行干扰排除，确保系统电磁兼容性良好，使得系统稳定可靠运行。

[1]曾 伟.浅谈DCS系统中的抗干扰措施[J].内蒙古石油化工，2013，15（22）：68～70.

[2]钱俊伟，苏保华.DCS控制系统的干扰源及抗干扰措施[J].仪表技术，2013，11（10）：45～47.

TP273

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1004-7344（2016）07-0286-02

2016-2-20

方秋琳（1983-），女，助理工程师，本科，主要从事自动化控制系统DCS等工作。