石油化工DCS控制系统抗干扰措施应用分析

摘 要：分散型控制系统（DCS）如今在石油化工领域被广泛应用，其抗干扰能力是生产装置安全、稳定运行的基本保障。文章简要介绍了石油化工生产装置现场各类干扰源对DCS系统的影响，并阐述了常用的DCS系统抗干扰措施应用。

关键词：DCS系统；干扰源；抗干扰措施

1 引言

分散型控制系统（DCS）如今已成为过程工业自动化的主流控制系统，被广泛地应用于石油化工领域。DCS系统以计算机、自动控制及网络通讯等先进科学技术为核心，可实现对石油化工生产过程的集中管理和分散控制，极大的提升了石油化工行业的自动化水平。DCS系统的可靠性与石油化工生产装置的安全、稳定运行息息相关，DCS系统的抗干扰能力则是系统可靠性至关重要的保障。

2 各类干扰源对DCS系统的影响

干扰源的存在导致了干扰的形成，干扰源主要可分为内部噪声和外部噪声两大类。内部干扰源主要来源于电子线路的热效应和散粒效应，外部噪声则包含自然界噪声与人为干扰的影响。

石油化工生产过程工业现场情况复杂，电磁环境较为恶劣，电气设备与输电线路周边存在强烈的空间辐射电磁干扰（EMI）。EMI会在DCS系统的计算机内部形成电路感应，降低系统的电磁兼容性；并通过电源及现场仪表信号线将强烈的传输干扰引入DCS系统。

石油化工装置内的电网内部变化，会将输电线路上形成感应电压、电流与高频信号，引入DCS系统。而现场仪表通过控制电缆与DCS系统连接， EMI可通过其信号线与电源线将干扰噪声引入DCS系统，引起I/O卡件和相关设备的工作异常，造成I/O卡件精度、性能的大幅下降，严重时造成DCS系统故障与元器件损伤。

其次，接地系统混乱也会造成DCS系统的可靠性与抗干扰能力严重降低。若不能正确接地，会引起DCS系统接地系统混乱，造成大地电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起环路电流，从而导致DCS系统无法正常工作。

另外，自然条件下的闪电、雷击等放电现象则会在信号线上产生极高的冲击电压，严重时可对DCS系统相关设备造成损坏。现场大型设备的振动与噪声干扰也会对DCS系统的稳定性造成不良影响。

3 DCS系统的抗干扰措施应用

DCS系统内部噪声的抑制，是DCS系统厂家所关注研究的重点通过优化系統内部设计，提高控制系统的电磁兼容性（EMC）与抗干扰能力。而作为仪表控制系统的设计者、使用者与维护者，关心的重中之重则是如何在设计、施工和运行、维护过程中减少外部噪声对DCS系统的影响。

综合考虑使用良好的隔离、屏蔽手段，可有效降低EMI对DCS系统的影响。DCS系统应于专用的机柜间内安装布置，并远离存在较大磁场干扰的场所；机柜间内应敷设防静电地板，防止静电干扰，必要时可考虑于机柜间墙壁内安装屏蔽材料。

为保证供电可靠性，并降低电源噪声对DCS系统的干扰，宜采用交流不间断电源装置（UPS）为DCS系统供电，条件允许时宜采用双回路供电。UPS电源具有良好的隔离、滤波功能与抗市电干扰能力，可提供稳定无杂质的交流电源，并在市电输入异常时能保证DCS系统在一定时间内的正常运行UPS电源宜安装于专用的UPS间内，降低电磁干扰对DCS系统的影响。

现场仪表的信号线应选用带绝缘层的双绞线屏蔽控制电缆，并置于金属保护套管或接地的封闭仪表槽盒内敷设，可形成良好的屏蔽层，有效抑制工业现场的空间辐射电磁干扰，同时也是实用的雷击保护措施。

合理接地也是保证DCS系统安全稳定运行的关键。在现场施工时，DCS系统的接地应采用等电位连接方式的共用接地系统，最终接到电气接地系统。同时，现场仪表信号线的屏蔽层应保证单点接地，并根据现场实际情况选择在信号侧接地或DCS系统侧接地，达到合理抑制电容性耦合干扰的目的。

石油化工生产过程工业现场情况复杂，DCS系统可根据现场仪表与电气设备的实际情况在辅助机柜内相应配置信号隔离器、中间继电器与浪涌保护器等设备。信号隔离器与中间继电器常用于电气信号与仪表信号间的隔离，其良好的电气隔离性能可有效抑制噪声干扰；浪涌保护器则可以为DCS系统提供良好的安全防护，有效防止雷击对DCS系统设备的损坏。

4 结束语

石油化工DCS控制系统的抗干扰措施是一个复杂的系统工程。为合理降低干扰源对DCS系统的影响，在设计、施工、运行、维护过程中应对各类噪声干扰因素防微杜渐，遇到相关问题时应根据现场实际情况对症下药，保证石油化工生产过程的安全、稳定运行。

参考文献：

[1]陆德民等.石油化工自动控制设计手册[M].北京：化学工业出版社，2000.

[2]吴勤勤，控制仪表及装置[M].北京：化學工业出版社，2007.

[3]周倩，电厂DCS系统信号抗干扰研究及实例[J].中国电力，2012，45（4）.

作者简介：

张哲（1989- ），男，硕士研究生，毕业于华中科技大学，现就职于长岭炼化岳阳工程设计有限公司电控室。