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DCS信号干扰原因分析及抑制

更新时间:2021-09-30 17:35:21 点击数:9641

随着我国工业的发展,对工业控制系统自动化水平的要求也在不断提高,为了满足自动化控制的要求,DCS系统已经广泛运用于工业自动化控制。因此,DCS控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行,其中系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。目前,自动化系统中所使用的各种控制系统大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。在施工现场,电气设备、仪表、DCS控制系统、DCS系统之间进行信号传输时,往往存在干扰,造成系统不稳定甚至误操作,必须得到重视。


—— 主要有哪些引入干扰 ——



电阻耦合干扰

工作过程中,由于许多工厂对于电线老化问题较为忽视。当多种信号线路一起进行信号传输时,会由于电线上的绝缘材料老化漏电而影响到其他传输信号,对其他传输信号有所干扰。除此之外,不仅信号线老化会对其他信号线产生影响,而一些大功率电路(例如:产热电路)在使用中如果发生线路老化,也会对信号产生很大干扰。

电容电感耦合干扰

通常的时候,被控现场的控制柜接入了诸多信号线,这些信号线有的使用电缆槽,有的使用电缆管,尤其是诸多信号同时布线,而信号间存在电容分布,会对别的信号线形成干扰。特别是在交流信号线四周形成交变磁通,进而在并行导体间形成电势,造成电势干扰信号。

雷击干扰

当发生雷击时,较大的电磁干扰也许会形成于所需信号左右,当然引入干扰途径也会在一定程度是经过各种接地线导致。雷击干扰方式主要有2种:一种是架空电源线,导致信号线遭遇雷击造成干扰;另一种是信号电缆周围遭遇雷击,导致信号线上形成电容、电感耦合分布,进而形成较大干扰,严重时损害设备,造成人身事故。

供电线路干扰

由于电厂中的大型设备启动关闭较为频繁,对大型元件的开关操作也很频繁,在这些大型电机设备开关时会产生瞬时的大型交变磁场。交变磁场会在信号线上发生耦合,从而对系统产生干扰,而这些交变磁场也会对电源线产生高频干扰,信号程度如果超过规定范围也会对系统产生影响。为了保证在大型电机进行开关时对系统进行保护,可以采用在电路中加入变压器,保证在开关电机时不会因为电压变化过大而产生交变磁场。



—— 造成干扰的主要原因 ——



材料及设备问题

接入DCS系统的控制信号通常采用电缆作为传输介质将信号送至DCS系统,当信号电缆绝缘材料老化,屏蔽材质损坏,即会被其他电磁干扰源干扰,干扰会造成测量的误差,严重的干扰会造成设备损坏。

施工不规范

DCS控制系统中,往往有很多信号同时接入DCS。这些信号线或者走电缆槽,或者走电缆管,造成现场很多不同种类电缆在同一个路径附设。这些信号之间均有分布电容存在,会通过这些分布电容将干扰加到别的信号线上。同时,在传输信号的周围环境产生交变的磁通,例如动力线、电动机、发电机、电源变压器和继电器等都会产生这种磁场。这些磁场往往会造成较大的干扰。

接地不合理

比较常见的接地事故是信号线的两端均接地,这样会因地电势差而产生较大的干扰。如信号线的两端同时接地,可能会有较大的电位差,这种电位差可能会在两端之间的信号线上产生一个很大的环流。产生电磁波,干扰信号。还有DCS系统总接地电阻不符合DCS系统正常工作要求等等。



—— 如何抑制干扰 ——



保证信号线正常使用

在信号线的使用过程中,避免多条信号线纠缠在一起,同时定期对信号线进行检查,对有绝缘胶体有破损的信号线进行修复和更换,以保证信号线的正常使用,避免发生漏电而对传输信号产生干扰。

将电缆分层敷设

将传递不同信号的电缆隔离开来,采用分层铺设的方式对电缆进行一定的调控,从而保证电缆之间不会相互作用。对于传递相同信号的电缆来说,也应当尽可能避免线路密集的纠缠,由于计算机端口在对信号进行处理时对信号可以进行一定程度的精密分析,所以如果有较为类似的信号互相发生信号干扰时,会对计算机的判断产生影响,从而导致计算机工作过程中出现分析错误。

信号线隔离

在设备运行过程中,可以采用电缆隔离的方式将信号进行隔离,从而保证信号之间不会产生相互影响。但隔离方式不仅可以将传输信号线进行隔离,还可以在电脑端将信号进行分类隔离,采用这种隔离方式可以很大程度上减小共模干扰对计算机造成的危害。还可以采用隔离放大器将信号的输入端与计算机完全隔离,采用这种方式可以对阻断干扰信号之间形成回路,抑制干扰的危害,保证系统的正常运行。

供电系统隔离

由于一些现场常常会对大功率电机进行开关,开关过程中会产生高频信号,为了防止高频电磁对系统产生干扰,可以通过在供电线路上安装变压器,可以对大功率电机开关所产生的高频电磁进行约束,避免对系统产生影响。

扭绞与屏蔽

信号导线的扭绞即双绞线替代平行导线,可达到抑制磁场干扰效果。

屏蔽即采取金属导体隔绝元件、组合件以及信号线。屏蔽可以很好的抑制电容性耦合噪声。常用的方法是通过屏蔽双绞线连接模拟信号。通常情况下,不但电噪声干扰信号,而且强交变磁场也会干扰信号。因此,不但需要考虑电屏蔽,而且需要考虑磁屏蔽,可以采取导磁性能优越(如铁、镍等)的导体实现屏蔽措施。

做好接地

对于DCS接地系统,其主要包括2方面作用:一方面,在信号、供电电源进入DCS系统后或其自身发生故障时,可以承担超负荷电流而且能够将其传人地中;另一方面,接地系统可以提供屏蔽层给DCS,进而隔绝电子噪声干扰,同时可以提供参考零电位给全部系统。所以DCS系统通常包含工作及保护2个接地。

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