解决DCS信号干扰的有效方法

电厂DCS系统的可靠接地是其正常工作的重要保证，且DCS接地系统的可靠性，又在很大程度上决定其抗千扰能力。本文针对各种影响DCS可靠测量的常见信号干扰类型进行了分析，对DCS系统接地的分类及接地方式进行了说明，并分析了DCS系统抗干扰措施。
　　一、DCS系统干扰简介
　　干扰是叠加在DCS系统电源、信号线上的与信号无关的电信号。干扰会造成测量的误差，严重的干扰会造成设备损坏。常见的干扰有以下几种：
　　1.1 安装材料及设备质量问题导致的信号干扰
　　当几种信号线在一起传输时，由于绝缘材料老化，漏电而影响到其他信号，即在其他信号中引入干扰。在一些用电能作为执行手段的控制系统中（如加热器等）信号传感器漏电，接触到带电体，也会引入很大的干扰。在一些执行机构中，现场端采用380VAC供电，由于设备烧坏而造成电源与信号线间短路，也会造成较大的干扰。
　　1.2 由于施工不合理导致的信号干扰
　　在控制系统中，往往很多信号同时接入DCS，这些信号线或者走电缆槽，或者走电缆管，造成现场很多根信号在一起走线。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，在交变信号线的周围会产生交变的磁通，而这些交变磁通会在并行的导体之间产生电动势，这也会造成线路上的干扰。
　　1.3 由于接地不合理导致的信号干扰
　　例如在信号线的两端接地，会因为地电势差而产生较大的干扰（虽然大地理论上是O电势，实际上不同的接地点或多或少都有一定的电势差）。信号线的两端同时一接地，这样，如果两点的距离较远，则可能会有较大的电位差，这个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。
　　二、常见的解决DCS系统干扰方法简介
　　以上列举分析产生干扰的种种原因，这些干扰如果得不到很好的抑制和防止，轻则影响系统的测量技术精度，使正常的控制无法实现，重则会造成设备损坏，我们在长期的实践中总结出很多干扰抑制的方法如下：
　　2.1 隔离方法
　　2.1.1 保证信号电缆及设备绝缘：使所有的信号电缆及设备很好地绝缘，确保不漏电。这样，可有效防止由于接触引入的干扰。
　　2.1.2 电缆分层敷设：施工时应注意在同一电缆通道中多层水平电缆桥架上，对电缆按信号强弱进行分层敷设。
　　2.1.3 供电系统的隔离：为防止供电线路上引入共模高频干扰信号，可以在DCS进线回路上设隔离变压器进行干扰隔离。
　　2.1.4 电气隔离：还有一种隔离是将信号源同DCS在电气上进行隔离，这样，会大大地减小共模干扰对计算机造成的危害。用隔离放大器将信号的输入端子与计算机部分完全隔离（有的DCS系统中采用隔离变压器，或继电器等方式隔离，对开关量则可以采用光电器件，或继电器进行隔离）。这样，由于电位不同所产生的干扰信号形不成回路，抑制厂干扰的危害。
　　2.2 屏蔽方法
　　屏蔽是用金属（屏蔽体）把电场或磁场等外界干扰阻止在受干扰物之外，现场中常用的屏蔽手段是采用屏蔽电缆。使用屏蔽电缆时，应注意进入DCS的信号电缆屏蔽层应采用单点接地的方式。当屏蔽电缆有中继点时，在中继处应注意屏蔽层的连续性。为保证屏蔽层单点接地，屏蔽层外应有良好的绝缘性方旨。
　　三、DCS接地
　　随着现在设备和安装材料（电缆等）的不断完善，施工水平的不断提高，以上抗干扰方式已能很好的解决上述常见干扰一、二，经核实，近年来更多的DCS系统信号干扰是由于接地方式不正确造成的。
　　3.1 DCS 接地功能简介
　　DCS接地系统应该具备二种功能：第一，当进入DCS系统的信号、供电电源或DCS系统设备本身出现问题时，能有效地承受过载电流并可以迅速的将过载电流导入大地。第二，接地系统应能够为DCS提供屏蔽层，消除电子噪声干扰，并为整个控制系统提供公共信号参考点，即参考零电位。为了满足上述功能，DCS系统一般具有2个接地，即工作接地和保护接地。
　　3.1.1 工作接地工作接地是为了使DCS以及与之相连的仪表或执行机构均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。不同资料对工作接地的分类和表述不同，一般分为逻辑地、信号地和屏蔽地。
　　3.1.1.1 逻辑地：也叫主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是＋24v等电源的输出地。
　　3.1.1.2 信号地：也叫信号回路地，是现场返回信号的负端。当DCS给现场提供24VDC时，且AI、AO信号为非隔离式，信号地就是逻辑地。当由其他设备提供电源时，根据信号源原理决定是否接入公共接地极。
　　3.1.1.3 屏蔽地：是为了避免电磁场对仪表和信号的干扰而采取的屏蔽网接地。电缆屏蔽层必须一端接地，以防止形成闭合回路干扰。恺装电缆的金属销不应作为屏蔽保护接地，必须是铜丝网或镀铝屏蔽层接地。接入公共接地极。
　　3.1.2 保护接地
　　保护接地是将DCS中平时不带电的金属部分（机柜外壳，操作台外壳等）与地之间形成良好的导电连接，以保护设备和人身安全。DCS的供电是强电，通常情况下机壳等是不带电的，当故障发生（如主机电源故障或其它故障）造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时，这些金属部件或外壳就形成带电体，如果没有很好的接地，那么这带电体和地之间就有很高的电位差，如果人不小心触到这些带电体，就会通过人身形成通路，发生危险。因此，必须将金属外壳和地之间作很好的连接，使机壳和地等电位。此外，保护接地还可以防止静电的积聚。保护接地应牢固可靠，且不应串联接地。当利用自然接地体（如金属构件等）作为接地线时，应保证其全长为完好的电气通路。
　　3.2 DCS 接地的要求
　　在DCS安装及使用中，必须遵循以下要求：系统的接地应牢固可靠，宜与电厂电力系统公用一个接地网，接地电阻应符合DCS厂家的要求不得通过非DCS设备接地，不得接到高压设备所用的接地点，非系统设备不得通过DCS系统接地，不得把接地接到结构件上。接地系统能否符合规程要求，主要指标是接地电阻大小。具体DCS接地电阻值，不同的DCS厂家会有不同的要求，以制造厂要求为准。
　　3.3 DCS接地方式
　　DCS系统一般接地方式有三种：
　　1．利用电气接地网作为DCS接地网，即与电气接地网工地。
　　2．设置DCS系统专用独立的接地网。
　　3．设置DCS专用接地网，再经接地线接至电气接地网。
　　过去，计算机或DCS系统曾经较多的采用专用接地网，但是这种接地方式存在的缺点是：占地面积大，投资高，电缆及接地网钢材耗量大，距厂房有相当的距离（因不易在厂房内找到合适的位置）。管理、维护、测量及查找接地极和接地线不方便，且效果不
佳。根据实际运行表明，设置专用的DCS接地网是既困难又不安全的。不少电厂DCS后来改用电气接地网接地，取得了良好的效果。从大量电厂的调查、总结、测试和理论分析证明，设置DCS专门独立的接地网，不但不能减少因电气接地网电位波动时对DCS系统的干扰，反而会增加其干扰程度。因此，DCS系统的接地“宜与电气网共地，不宜设置专用的独立接地网”这个结论是正确的。
　　第三种接地方式与第二种借地方是有较多相同处，下面我们介绍第一种接地方式。
　　较多DCS厂家要求设置独立的接地箱 (DCS厂家有特殊要求的除外），接地箱可设置在集中控制室下的电缆夹层中，它与电气地网的连接方式应符合：
　　1. DCS系统内不同性质的接地，均经绝缘电缆引至总接地箱上的接地铜排，然后用绝缘电缆与电气地网单点连接。在电气地网上，DCS系统接地点和大型电气设备接地点之间应保持足够的距离并符合厂家要求。
　　2．不同厂家的控制系统（如DCS和DEH等），厂家不同意在总接地箱处共地时，总接地箱内可分别设置接地铜排，分别用绝缘电缆按厂家要求与电气地网相连。
　　3．总接地箱中各种电缆与接地铜排连接，宜采用线鼻子压接后用带弹簧垫圈的螺栓连接或焊接。
　　4．计算机系统各种用途接地线的截面选择应符合厂家要求，一般情况可进行如下选择：总接地箱至地网接地点连接的接地电缆截面宜不小于50mm2，系统内不同性质的中心接地点至接地箱的接地电缆截面宜不小于25mm2，机柜间链式接地连接电缆的截面宜不小于16mm2，上述各项接地电缆可以采用低压铜芯电力电缆。
　　3.4 DCS信号屏蔽及其接地
　　根据有关技术规定要求，计算机或DCS系统信号电缆的屏蔽层不得浮空，必须接地，但不可同时接地，其接地方式应符合下列规定：
　　1．当信号源浮空时，屏蔽层应在计算机侧接地
　　2．当信号源接地时，屏蔽层应在信号源侧接地
　　3．当放大器浮空器时，屏蔽层的一端宜与屏蔽罩相连（现在的 AI, AO信号普遍采用隔离器）
　　4．当屏蔽电缆途经接线盒分断或合并时，应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接。
　　DCS系统信号电缆的选择与敷设，应严格按照有关规定执行。屏蔽电缆的屏蔽层应按以上要求进行接地。为厂提高DCS系统的抗干扰能力，DCS系统开关量输入才输出信号，选用阻燃型对绞铜网屏蔽计算机电缆还是比较恰当的。
　　现在国内电厂施工现场有时会出现AO信号无法驱动设置的情况，经检查后发现，其信号源和DCS侧的屏蔽层都接地导致环流让 AO信号失效。现在普遍采用将屏蔽层在DCS侧统一接地的方式。
　　3.5 电气系统进入DCS信号接地
　　根据电气专业相关规程，当采用静态保护时，采用屏蔽电缆时一屏蔽层宜在两端接地，这与热控专业对于电缆屏蔽层接地的规定产生厂矛盾。原因如下：对通过电容藕合的电场干扰，一点接地即可大大降低干扰电压，发挥屏蔽作用；但对于通过感应藕合的磁场干扰，传递信号的屏蔽双绞线两线上感应的干扰电压接近相等且方向相反，在应用回路中是互相抵消的。
　　3.6 DCS接地注意事项
　　机柜本体与底座间有胶皮形成绝缘，屏蔽地汇流排与底座间绝缘（DCS厂家有特殊要求的除外）。DCS机柜、操作员站、工程师站、网络交换机、服务器主机、系统显示器等采用外壳接地或直接将电源地线连接至电气接地网。帅模件：模拟量模件的24VDC的负端接至逻辑地汇流排上，逻辑地汇流排接至屏蔽地，再接人总接地汇流排。DCS机柜的保护地可从机柜下方的接地螺钉接至接地分干线，机柜的屏蔽地应从接地汇流排接至总结地箱汇流排（DCS厂家有特殊要求的除外）。远程DCS机柜可单独供电并根据DCS厂家要求就近接人电气地网。接地系统的电阻必须进行测试，以保证接地能满足控制系统制造商的要求。
　　四、结束语
　　DCS干扰是每个电厂DCS都会遇到的问题，本文对各种抗干扰方式进行了归纳总结，尤其对DCS接地作了细致的分析，希望能为今后工程提供参考。

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