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浅析燃机控制系统抑制干扰影响的基本方法

发表时间：2020/12/23 来源：《基层建设》2020年第24期作者：马志豪

[导读] 摘要：工业控制现场的特殊之处在于存在大量杂散电磁干扰信号，导致弱电检测信号发生异常，甚至威胁到系统的整体运行。

        上海闵行燃气发电有限公司上海 201100
        摘要：工业控制现场的特殊之处在于存在大量杂散电磁干扰信号，导致弱电检测信号发生异常，甚至威胁到系统的整体运行。从电磁干扰的机理来看，电磁场是主要的作用方式。干扰耦合来自总线信号异常或系统接线不合理。为了使自动化控制系统正常运行，需要有效解决这些问题。
        关键词：控制系统；抑制干扰；基本方法
        引言
        DCS控制系统在化工行业应用广泛，成为其生产中的主流控制系统。该技术集合了计算机技术、自动控制技术和网络通讯技术等，在石油化工生产中，对各环节进行集中管理、分散控制，保证化工生产自动化水平。会影响DCS系统的干扰因素，要采取合理对策，保证DCS系统可靠运行，才能保障化工生产安全性和稳定性，更好地服务于化工生产。
        1燃机控制系统的概述
        燃机控制系统主要由核心部分燃机以及具有多种功能的外围电路构成，因其具有良好的性能，广泛应用于各个生产领域。而在正常的使用过程中，会受到部分因素的干扰，影响燃机控制系统正常功能的发挥，其中电磁波为主要干扰形式，其通过地面、线路等途径对燃机控制系统进行干扰传播。传导性干扰作为干扰燃机控制系统正常工作的传导形式之一，能够在很大程度上影响其正常工作，通过直接传导等形式直接进入控制系统中，对燃机中的主机单元以及各部分造成影响，使得燃机控制系统无法正常进行工作。基于此，燃机控制系统的抗干扰技术需要拥有较为强大的抗干扰能力，需要对整个系统的各个环节进行细致的考虑，设计出能够有效抵制多种干扰源的抗干扰技术。在研发设计阶段需要充分搜集环境信息数据，根据数据进行细致的分析，从燃机控制系统各个部分入手，进行抗干扰能力的提升，并通过其它途径，提高燃机控制系统的抗干扰能力。
        2干扰源的主要类型
        2.1辐射干扰源
        辐射干扰源的类型很多，例如射频设备和电弧电路。在发生异常之后，自动化控制系统难以维持稳定的操作状态。从目前的技术水平来看，辐射干扰的处理在实际应用中存在局限性，很难完全满足预期的要求。因此，在加强抗干扰的同时，有必要在源头避免诸如切断传播路径之类的问题。
        2.2来自电源的干扰
        实践证明，因电源引入的干扰造成DCS、PLC控制系统故障的情况很多，在工程调试中经常遇到，一般更换隔离性能更高的DCS、PLC电源就能解决。DCS、PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电流。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。
        2.3施工干扰源
        设计、安装与调试阶段极容易产生干扰源，并且受到设备型号以及操作方式的影响。在施工作业时，若存在启用大功率设备的需求，易在瞬间形成干扰源，或是接地系统组成异常复杂而导致整体系统受到干扰。
        2.4来自信号线引入的干扰
        与DCS、PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。DCS、PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。

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        3DCS控制系统受到干扰原因
        （1）材料和设备存在问题。DCS控制系统中，接入的控制信号一般是利用电缆传递信号的，如果使用的信号电缆存在绝缘老化缺陷，损坏到屏蔽材料，就会受到其他电磁干扰源干扰而产生测量误差，甚至损坏设备。（2）施工不规范。DCS控制系统工作中，需要在其中接入不少信号，这些信号一部分是经过电缆槽的，而一部分是经过电缆管的，因此，会在同一路径敷设不同种类电缆。同时，各种信号之间存在分布电容，可以通过电容在其他信号线上形成干扰。而传输信号环境中会出现交变磁通，从而产生更大干扰。（3）接地不合理。这种问题造成的干扰，就是在信号线两端接地引发接地事故，因电势差会加大干扰。比如，信号线两端同时接地下电位差较大，在信号线上产生的环流向大，进而产生电磁波干扰信号。此外，就是DCS控制系统总接地电阻与要求不符引发干扰等。
        ４控制系统常用抗干扰措施
        4.1供电系统的抗干扰
        在ＤＣＳ、ＰＬＣ系统等受危害的各类来源途径中，以电网尖峰脉冲干扰最为明显，其源自电焊机、继电接触器等相关装置。针对此问题，可采取外加ＵＰＳ供电和防雷技术相结合的应对措施，全面减小甚至完全消除对供电系统所造成的干扰；若不选用ＵＰＳ供电技术，此时可选择的替代形式是设置隔离变压器，此举也可以有效消除电网尖峰脉冲干扰。
        4.2DCS电源安全配置
        首先，要依据国家行业标准保证配置电源，满足UPS装置内部要求，以及化工生产中重要的装置需设计备用电源，一般为独立供电线路、发电机等，同时，接入主电源和备用电源，且可以无扰动自动切换。大型化工装置DCS供电方面，应采取冗余配置措施，采取UPS电源充电环节等，以实现稳定输出，保证DCS运行稳定。其次，要保证电源接地合理，使负载得以合理分配，一般采取三相四线星型结构配置电源。用这种隔离方案时，中性零线要接地防止负荷不平衡导致相位、电压漂移等，否则，会干扰DCS。控制系统需要的负荷比较小的情况下，会采取单相输出UPS或者变压器来供电，电源浮空处理下加工保护地需连接统一接地网，零线不可接地，避免产生严重干扰。控制系统也可采用独立地，电源零线连接系统保护地，避免通过机壳电位差干扰到DCS。
        4.3硬件滤波及软件抗干扰措施
        信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰；在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。由于电磁干扰的复杂性，要根本消除硬件干扰影响是不可能的，因此在DCS、PLC控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的可靠性。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样，可有效消除周期性干扰；定时校正参考点电位，并采用动态零点，可有效防止电位漂移；采用信息冗余技术，设计相应的软件标志位；采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。
        结束语
        自动化控制系统的运行环境复杂，易受到多方面因素的干扰而导致系统异常运行，此时需要结合现场工况特点采取科学的布设方案，以设备安装使用说明为基本指导，提高接地的规范化水平，兼顾敷设条件、通信方式等方面的需求，确定合适的信号线以及接地方式，在同时采取多种技术手段后，切实保证系统的抗干扰能力，使其在各种工况下均可维持稳定运行状态。
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