ABB集散控制系统抗干扰分析

2010-09-07兰军之王

中国造纸 2010年5期

关键词：泉林控制站纸机

兰军之王伟

(1.山东轻工业学院,山东济南,250353;

2.山东泉林纸业有限责任公司,山东聊城,252800)

·集散控制系统·

ABB集散控制系统抗干扰分析

兰军之1,2王伟1,2

(1.山东轻工业学院,山东济南,250353;

2.山东泉林纸业有限责任公司,山东聊城,252800)

针对ABB集散控制系统(DCS)的现场安装和使用情况分析该系统受干扰的原因,提出消除或抑制干扰的主要措施,重点分析改善系统接地克服系统干扰的措施。

集散控制系统;干扰;现场安装

(＊E-mail:ljz5188@163.com)

Abstract:The reason of disturbance ofDCS system is analyzed from the aspectsof the system erection on site and itspracticaloperation.The mainmeasures for el iminating and controlling the disturbance are suggested,improving the connection between the system and ground to overcome the disturbance is particularly discussed.

Key words:DCS;disturbance;site erection

随着生产自动化水平的不断提高,集散控制系统(DCS)的应用逐渐普及,如何使控制系统稳定、高速、高效地运行,是人们普遍关心的问题。而系统抗干扰性能以及系统设计和安装试车采取的抗干扰措施将极大地影响集散控制系统的稳定性。本文根据ABB集散控制系统在山东泉林纸业有限责任公司(以下简称山东泉林)抄纸车间现场安装及使用情况,对系统受干扰的原因和抗干扰措施进行分析。

1 ABB集散控制系统概况

山东泉林两台3700纸机生产线采用ABB集散控制系统。ABB集散控制系统由两个AC400控制站、服务器(AS和CS)、纸机和打浆操作员站及过程控制网等组成。各部分通过MB300实时通讯网络连接,传输介质为双绞线,见图1。

2 系统抗干扰措施

2.1 信号处理抗干扰措施

图1 ABB集散控制系统

对信号的干扰主要来自于公共地线,其次由于传输线路较长时还会受到静电和电磁波噪声的干扰,这些干扰会严重影响采样信号的准确性和可靠性。ABB系统采用S800系列远程输入输出模块,模块对进出系统模拟信号和开关量信号全部采用磁隔离技术,实现了信号的对地隔离,对交流电源的隔离和信号相互之间的隔离,有效地消除了信号之间的共模干扰和串模干扰对系统的影响,有效地减少或消除外部干扰对系统的影响,提高了信号处理的可靠性。

图2 集散控制系统“一点接地”

2.2 电源抗干扰措施

电源是干扰进入集散控制系统的途径之一。电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的。ABB系统控制站电源系统采用UPS电源AC输入,5VDC 或24DC双冗余电源输出。双路交流电源输入端安装有加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器,以净化电源。隔离变压器的一次和二次绕组之间加绕屏蔽层隔离,屏蔽层和铁芯一起接地,以减少绕组之间寄生电容,提高抗共模干扰能力。控制站的电源地接入标准地线后,由于采用了隔离变压器,使电网地线的干扰不能进入系统,从而保证了控制站可靠工作。

2.3 系统接地的抗干扰措施

集散控制系统受到干扰与系统接地有很大关系,接地往往是抵制干扰的重要措施之一。正确接地可以很大程度上抑制内部噪声的耦合,防止外部干扰的侵入,提高系统的抗干扰能力,保证集散控制系统工业网络通讯畅通,保证系统安全、可靠、稳定地运行。

2.3.1 工作接地

集散控制系统一般要求“一点接地”,特别是电气特性非隔离型的网络,因为有两个或更多的接地点,它们之间总会有地电位差,并导致产生环形地电流,从而引入干扰。因此系统一点接地能有效地抑制干扰影响。各控制站、服务器以及其他功能站点应符合各站点“共地”,并实施“一点接地”,如图2所示。山东泉林抄纸车间集散控制系统内的安全地、系统地分别连接到控制柜的安全地铜条和工作地铜条上,通过接地线连接到接地铜条上,最后与仪表总接地相连。

系统 IO柜内模拟信号电缆需要正确接地,它可以把现场信号传输时所受到的干扰屏蔽掉,以提高信号精度。集散控制系统中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽接地。线缆屏蔽层必须一端接地,防止形成闭合回路干扰。根据有关技术规定要求,集散控制系统信号电缆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当放大器浮空时,屏蔽层的一端与屏蔽罩相连,另一端宜接共模地(当信号源接地时接信号地,当信号源浮空时接现场地);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。

2.3.2 保护接地

保护接地是为了防止设备外壳静电荷积累造成人身伤害而采取的保护措施。集散控制系统所有的操作员机柜、现场控制站机柜、打印机、 IO柜等均应接保护地。保护地应接至厂区电气专业接地网,确保接地电阻小于4Ω。

等电位接地是保护设备、抵消干扰的重要、有效保障,某些设备损坏、干扰现象严重经常是因为等电位接地质量不好。集散控制系统机房所有区域,包括操作室监控台区域、控制柜区域、UPS机房区域等都做等电位连接设计;机房内所有相邻设备的金属外壳用10 mm阻燃多股铜芯线互相桥接;各房间的静电地板金属支架做接地处理,下面敷设导电铜箔网格,这些措施都大大改善等电位接地,克服系统干扰。

2.3.3 合理布线的抗干扰措施

合理有序地布设现场各种电缆,能够有效地减少外部环境对信号的干扰以及各种电缆之间的相互干扰,提高系统运行的安全性和可靠性。进入抄纸车间集散控制系统控制站的模拟信号均采用对绞屏蔽控制电缆,它与电源线、电机控制信号线、阀位反馈线等在桥架中分开布线,并在信号电缆和电源电缆之间设置屏蔽用的金属隔板,并将隔板接地,参见图3。

图3 布线设置屏蔽用金属隔板

3 引起系统干扰的原因分析

ABB集散控制系统在山东泉林的实际安装调试过程中,由于设计人员和施工人员对系统规范要求不熟悉,出现不合理甚至错误的系统接地或者布线方式,降低系统抗干扰能力,给以后系统运行留下了隐患。抄纸车间集散控制系统在运行过程中出现过系统通讯报警、故障,电机不明原因大批量跳闸,甚至造成 IO模块损坏,影响系统安全稳定运行。经过系统分析,确定引起ABB系统干扰的原因有以下几个方面。

(1)抄纸车间纸机传动同样选用ABB公司产品,传动系统作为集散控制系统的一个 IO站点,通过AF100现场总线连接到车间纸机控制站,在纸机操作员站上能够浏览传动系统信息。AF100终端电阻要求单端接地,安装时顺便在电气传动柜侧接地,后来发现集散控制系统与传动系统网络通讯经常不稳定,连不上传动画面,分析原因是AF100总线受到了干扰,且干扰是来自电气传动柜。将终端电阻接地改在纸机控制站端,这种干扰现象才消失。

(2)为了布线方便和节约电缆,集散控制系统常常会把电机控制的 IO柜放置在电气MCC室,山东泉林抄纸车间集散控制系统的 IO柜也采用此种布局, 在MCC室,原来 IO柜与电气MCC柜被固定在同一槽钢支架上,之间没有绝缘层,另外 IO柜的模拟量屏蔽端子排被直接接到了柜体上,这样造成集散控制系统信号屏蔽地与电气地直接相连,形成多点接地。造成过多次系统受干扰产生通讯故障,导致部分电机不明原因跳闸,影响生产正常进行。发现问题后经过改造,在 IO柜与电气MCC柜, IO柜与支架之间加装绝缘胶皮,并使用塑料螺栓固定 IO柜;柜内模拟信号屏蔽层改和控制站屏蔽地相连,实现一点接地,此类问题没有再出现过。