肖代君
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摘要：随着工业的发展，工业控制系统自动化水平的要求也在不断提高， 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。
关键词：DCS控制系统；信号干扰；抗干扰措施
一、DCS实际运行过程中如果仪表信号遇到干扰带来的隐患
在实际应用中，从现场仪表反馈到DCS控制室的仪表信号有波动，不能反映现场真实的数据，比如化工行业中的五大变量（料位、压力、温度、流量、成分）以及电机的运行参数（运行电流，运行状态信号），其他开关量信号等，如果这些信号受到干扰就不能准确反馈实际工况的PV值，就会造成自动控制的不稳定性，如果因干扰造成执行器的误动作，这样对生产将会带来极大的安全隐患和质量事故。因此，为了保障企业生产的稳定运行，杜绝安全，环保，消防，质量事故的发生，DCS控制系统中信号的干扰问题就必须解决。
二、DCS信号的分类及常见的信号干扰方式
1、DCS常用的标准信号有：数字开关量ON/OFF、模拟量（4～20mA，0～20mA，1～5V）等各种标准信号、热电偶信号、热电阻信号、脉冲信号、霍尔元件等其他模拟量信号。数字通信信号，各种通信方式，串行通信、网络通信等。
2、信号干扰按产生来源分：可分为内部干扰和外部干扰。内部干扰有：在仪表内部，其内部元件可能出现噪音，包括变压器噪音以及本体噪音等，这些噪音带来的影响可能不够显著，但不可置疑的是，它们也会对仪表自动控制系统造成一定的影响，进而使得数据出现偏差。一些开关电源，还有仪表的布线方式等也均可能成为干扰源。外部干扰有：在仪表外部，一些功率比较大的用电设备以及电力设备等都可能成为干扰源。
3、信号干扰常见有三种传播形式：一种是传导，一种是耦合，还有一种是辐射。不同的传播形式，有不同的解决方案。
4、抑制干扰的原则：消除或抑制干扰源，如将动力系统线与信号线拉开距离。破坏干扰途径，削弱电路对被干扰信号的敏感性，比如模拟信号明显比数字信号抗干扰能力弱。传导的解决方式是加滤波措施，如磁环、滤波器、电抗器、隔离变压器等；耦合的解决方式换用屏蔽线缆，切断其干扰路径。辐射的解决方式除换用屏蔽线缆外，还可以在被干扰对象上套上金属外壳，来彻底阻隔掉干扰。
三、下面简单介绍几种常见的抗干扰措施
1、做好信号接地：
首先要保证接地良好,比如接地的单点连接等，布线要合理，电容的位置要设置好。仪表信号接地与电气接地要分开，不能共用。仪表系统的接地连接电阻不应大于1欧，仪表系统的接地电阻不应大于4欧，与厂区的电网接地的距离也应相隔 5 米以上。现场总线信号是以数字方式传输的，总线信号电缆的屏蔽层接地应与普通的模拟信号接地不同，总线电缆屏蔽层的两端都应接地，但仪表信号不能两端接地，由于现场仪表到DCS一般都较远，两端接地就会在现场与DCS之间产生电位差，此电位差可能在该信号线上产生很大的环流，从而对信号造成干扰。
2、做好信号屏蔽：
多芯屏蔽导线中，每两芯百米内的电阻之差叫百米均匀度,这个很影响信号传输的准确性，特别是在线缆很长的时候，若百米均匀度太差，测量结果会大打折扣，影响准确度。电阻不平衡问题，这一点对于通信电缆是十分重要的！传输4-20mA等模拟信号可选RVVP、KVVP、KVVRP等屏蔽电缆；如果仪表带RS485等数字接口，可选双绞屏蔽电缆。铠装双绞屏蔽型电缆可用于干扰严重、鼠害频繁以及有防雷、防爆要求的场所，使用时，建议铠装层两端接地，最内层屏蔽一端接地。
3、远离变频器、高压设备、电力电缆：
要想提高DCS仪表的抗干扰能力首先在布线上要与动力线缆分开走线，就是说独立桥架，并保持足够的距离，信号线单独布线，不要和动力线在一起,与电机变压器离等动力设备远一点，最后就是DCS柜系统与动力柜完全隔开。其次现场仪表线缆尽量用屏蔽线，一端接地（一般在DCS柜内统一处理，现场不接地）。比如可以通过将控制电路的信号线与动力线分开，并将屏蔽线牢固接于变频器的PE端；信号线穿过磁环且在磁环上缠绕两三圈后再接于变频器上使用；仪表不与变频器使用同一电源等措施来解决变频器对信号的干扰。
4、解决环境对仪表信号的影响:
湿度是影响仪表正常运行的一个很重要的因素。潮湿会降低电子元件的性能，潮湿会加快接线端子的腐蚀速度，造成接触电阻增大，甚至发生短路和断路现象。比如热电阻式温度传感器，接线端子处的电阻增加会造成温度读数偏大，再如变送器接电端子处漏电，会造成DCS等显示仪表读数偏低。比如控制站与操作站间通讯时有时无，波动大等的疑难问题也和环境的潮湿相关。解决的方法主要是做好现场仪表的密封防护，按要求保持好控制的温湿度 ，防止接线端子腐蚀氧化。
5、避免人为的因素：
操作人员在操作仪表自动控制系统时，可能会出现操作不当的现象，进而使得仪表自动控制系统受到机械干扰；较轻的机械干扰会对仪表控制结构的完整性以及稳定性构成影响，而较重的机械干扰可能会致使仪表自动控制系统出现难以修复的破坏。为此，应当加强对操作人员的培训力度，保证他们能够严格按设备安全操作规范操作仪表自动控制系统，进而减少由于操作不规范所致使的机械干扰。
6、及时更换老化的电缆:
工业生产过程中，由于时间和环境的影响，信号电缆老化在所难免，如果不及时更换，就会对仪表信号造成影响，因此要及时对有隐患的电缆进行更换。
7、抗电源引入干扰:
通过电源引入的噪声可以用滤波方式，也可以对仪表电源加隔离变压器，用以隔断来自电力系统干扰的联系。
8、对电接点干扰的抑制
开关和继电器的触点在断开感性负载时，会由于电流的变化率很大而形成反向瞬时高压，通常在几微秒的时间内此高压达到电源电压的10-20倍。它会在继电器触点上产生火花，不但会烧蚀触点表面，而且形成电磁波干扰，是十分有害的。为此，可设置电接点消弧电路，既保护了接点，延长它的寿命，又抑制了干扰信号。
9、对信号进行转换：
比如热电阻信号通过电阻模块直接进入DCS控制系统，相对来说电阻信号的抗干扰能力比4-20mA信号抗干扰能力弱，在实际运用过程中可以将要求较高的温度信号通过变送器将电阻信号转换成电流信号进入DCS控制系统，这样大大提高信号的抗干扰能力。
结束语：随着科学技术的不断进步，实际运用过程中将不断遇到新的信号干扰问题与解决干扰问题，只要专业技术人员不断总结与创新，仪表信号的抗干扰措施也会越来越完善。
参考文献：
[1]仪表系统接地设计规范 HG/T20513-2014
[2]刘洪涛，仪器仪表测控技术的干扰源及抗干扰技术思路[J].济南职业学院2012（4）
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