浅论工业控制过程DCS系统常见电磁干扰及抑制方法

刘其奎

[摘 要]计算机技术的快速发展，使得DCS系统伴随着也有了迅速的发展和技术进步。如今DCS控制系统已在众多的行业中得到非常广泛的应用，其发展也比较迅速。但是，采用DCS控制的系统却存在着复杂多变的具有随机性的电磁干扰问题，因此需要引起人们的足够重视。否则，就不能保证系统正常运行。本文在此简要分析DCS系统发展和应用情况、DCS系统的电磁干扰因素，最后简要介绍DCS系统抑制电磁干扰的主要措施。

[关键词]工业控制；DCS系统；电磁干扰；抑制措施

中图分类号：TQ171.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0041-01

1 引言

在工业自动化控制过程，DCS系统则是在微处理器的基础上按照控制功能分散、显示操作集中和综合协调设计的要求所设计的新一代仪表控制系统。这种控制系统，它融合了计算机、通讯、控制和显示等科技技术，已在核电、火电、石化、化工、冶金、建材、煤炭等诸多领域都到普遍的应用。应用该控制技术，有效提高了所在领域的生产效率，使所在控制的地方自动化水平得到了整体的快速提高。但是，DCS系统中的电磁兼容问题，从而也影响了工业使用的仪表、电源和较为敏感的传感器等设备工作的稳定和可靠性问题。所以，随着自动化体系的飞速发展和广泛应用，而DCS中所存在电磁干扰问题必须要引起足够的重视。在此，我们对DCS系统产生电磁干扰的原因进行分析，并提出相应的抑制措施，希望对该类型的控制系统应用能有所帮助及借鉴参考。

2 DCS系统发展情况

1）DCS系统的概念。DCS系统实质上就是分散控制系统的简称，它具有分散控制、集中操作、危险分散、配置灵活等的特点。自从上个2O世纪中期首套DCS系统问世以来，随后便在工业生产控制系统中就发挥了重大的作用，接着又被普遍运用在石化、造纸、冶金、煤炭、建材等众多领域和行业之中，如今它已经应用的非常普遍了。

2）DCS系统的发展简况。就DCS系统而言，它也是现代工业自动化控制的核心部分，其体现着自动化控制技术和通讯技术在工业应用的水平。而最早的DCS系统，则是由日本和美国的公司分别研发出来的，并投入到工业使用中取得成功的。此后，许多国家的自动化企业便也进入了该系统的开发行列。在进入经济全球化的现代时期，我国为缩小在自动化技术控制方面与发达国家的差距，相继也在国内研发、推广应用了自己国产的DCS系统。

3）DCS系统的应用简况。作为DCS系统，一般都是采用分层控制，即不同的层存在对应的通讯协议，最底层则为仪表和执行机构。而现代PLC系统和DCS等系统都融合了在一起，各个系统间的通讯规则也都有国家的规范标准要求，按此整体设计控制系统。

3 DCS系统的电磁干扰

DCS系统应用过程中，在对DCS系统实际运行的研究中也不断发现，该系统的电磁干扰源，其主要源于控制系统的内部干扰和工作环境的外部干扰两个部分，它主要包括四个方面：

1）辐射造成的干扰问题。由于电器设备和电力网络的暂态问题，以及无线电波和高频感应加热设备所产生的高频电磁波，都能使电子设备处在电场和磁场的包围中而对其产生很大的干扰，通常把它叫做辐射干扰。辐射干扰的分布具有很大的随机性。一方面，辐射可以直接作用在电路上来影响DCS系统内部从而产生干扰；另一方面，辐射也能够影响通讯网络按照感应机理破坏而产生干扰。

2）接地系统混乱造成的干扰问题。在运行过程中，接地则是DCS系统正常运行的前提条件。良好的接地方法，可以有效的抑制电磁干扰的作用，而错误或不正确的接地，则会引入强烈的干扰信号，并破坏DCS系统的正常运行。所以DCS系统的接地应包括安全地、交流地、信号地和逻辑接地等。对于正确的接地系统，则能够在供电设备或者控制设备发生问题时，将较大的电流快速的排放到大地中去，并起到很好的屏蔽DCS系统。接地混乱，则会使不同接地点的电位分布差别较大，从而造成地环路电流，影响DCS系统工作的可靠性和稳定性。

3）电源内部原因造成的干扰问题。如果电源的滤波功能欠佳、内部的电压浮动较大等原因，从而就会引起DCS系统发生故障。这种事例也比较多，在调试中也会经常碰到。在使用性能良好的DCS电源时，此类问题就会迎刃而解。DCS系统所使用电源，通常来自与电网。但是，电网由于分布范围很大、有较大的电力设施的启停、电网中发生短路时的暂态冲击等原因，也很容易受到空间电磁干扰而在线路中产生感应的电压和电流，从而就会干扰DCS系统。所以DCS系统需要使用隔离电源，不过因为结构和工艺的原因，有时往往并不能达到预期的隔离性能和效果。而事实上，绝对程度上的隔离则是理想化的，采取一定的措施，也基本上能达到所要的效果。

4）信号线引入造成的干扰问题。在信号传输系统中，由于传输各种有效信号的大量信号传输线和DCS系统相连，在传输信号的同时，也必然会侵入外部的干扰信号。一般信号传输线在空间电磁辐射的作用下，其上面的外部干扰也是非常严重的。而信号所带来的干扰会导致输入、输出信号端口不能正常工作，这是对事物的测量精度也会大幅度下降，在某些情况下也可能造成元件寿命的折损。假如系统的隔离能力比较低的情况下，也会引起信号之间相互作用，从而导致供地系统总线回流而发生死机等现象。事实也证明，DCS系统由于采用了信号线所带来的干扰使大量的I/O模块受到损伤。因此，引起系统不能正常工作的事故也会多发。对此，应注重之。

3 DCS系统抑制电磁干扰的主要措施

对DCS系统的电磁干扰情况来说，其原因也有许多种，它们都会破坏系统的正常工作，因此在设计系统和调试时，都必须采取一定的方法来抑制这些干扰，保障被控系统能正常运行。为实现这个目的，就要针对以上的干扰问题，提出相应的抑制具体措施。

针对电磁场的不同频率，就有可能影响到空间辐射，这时可以设置屏蔽电缆和DCS局部屏蔽以消除之，其中利用双绞线的屏蔽电缆也是一种有效的解决办法。对于电网系统的干扰，可以采用不间断供电电源的供电结构，其中低通滤波器就能够过滤高频率的干扰信号；对与DCS系统相连的信号线，应经过可靠的屏蔽和接地等措施来加以处理（如采用屏蔽电缆等方法）；将电缆屏蔽层两端部分接地，以能够构造成地环路，这种方法中的电流在传递过程中有可能干扰到信号增强接地系统的可靠性。总之，针对不同的系统设计布局，各个环节都要采取必要的防干扰措施，以保证控制系统能确保正常运行。

4 结束语

综上所述，根据对DCS系统常见有关问题的分析及其相应抑制措施的分析，我们明显可以看到，为了增强系统抵抗电磁干扰的影响能力，就需要采取相应的抑制措施。这些措施必须要有针对性，以可靠保障屏蔽或防止干扰信号的窜入，从而保证整个控制系统能可靠、稳定正常运行。根据工程实践经验，合理设计、布局防干扰措施，这也可以为系统设计等提供参考，为类似防干扰工程控制提供借鉴。

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