DCS控制系统应用中的抗干扰问题分析

张俊龙 牛强

摘  要：DCS控制系统又叫作分布式控制系统，其融合了计算机技术、通信技术、控制技术等，在工业领域有著十分广泛的应用。DCS控制系统在应用过程中会遇到一些干扰因素，影响其控制的精准度，为了提升DCS控制系统的效果，对干扰因素进行研究，并加以分析，提出抗干扰的建议，提升系统可靠性。

关键词：DCS控制系统  干扰源  抗干扰

可靠性直接影响着DCS控制系统的应用，其关系着企业的正常生产和运营，可以说DCS控制系统直接影响着企业的发展。为了提升DCS系统的稳定性，加强其抗干扰能力是关键。可以从工程设计、安装施工以及使用和维护方面多方面配合，提升DCS的抗干扰能力。

1  DCS控制系统的干扰因素

DCS控制系统干扰主要存在于电流或者电压出现剧烈变化的部位，由于电荷出现剧烈移动，产生噪声源，也就是干扰源。一般而言，电磁干扰可以分为如下几种。

1.1 空间辐射干扰

源于电气设备、无线电广播、雷达、雷电等方面的干扰，我们将其称为辐射干扰。倘若DCS控制系统存在于干扰区域内，便会受到来自多方面的辐射干扰，例如，干扰DCS内部电路、影响电路感应等。一般情况下，可以通过局部屏蔽、设置屏蔽电缆以及高压泄放元件等方式降低干扰。

1.2 系统引线干扰

首先，电源干扰。由于电源干扰导致DCS控制系统出现故障的情况十分常见。DCS系统电源依靠电网进行供电，电网有着非常广泛的覆盖范围，容易受到空间电磁的影响，产生感应电路和电压，进而影响到DCS系统。尤其是当供电电网出现大功率设备的启停、开关浪涌或者交直流传动装置带来的谐波、电网短路等，都会影响到电源的稳定，比如核电主泵、循环泵等，功率较大，启动都会造成一定的电网波动。由于电源干扰的存在，DCS电源可使用隔离电源的方式，但是受到制造工艺、成本、隔离效率等方面的原因，隔离电源很难大规模的应用。此外，由于分布参数、分布电容的存在，很难实现绝对隔离。

其次，信号线干扰。在控制系统进行连接时，信号传输线可以传输各类信息，但也会受到外部信号干扰。一般情况下，存在两种干扰方式：一种是使用共用信号仪表电源或者供电电源带来的电网干扰，这是经常被忽视的内容;另一种是空间电磁辐射带来的干扰，也就是信号线受到外部感应的干扰，这种情况比较严重。信号干扰会导致I/O信号出现工作异常，也会大大降低测量的精度，严重时还会导致元器件的损坏。对于隔离性能不佳的系统，还容易引发信号之间的干扰，导致共地系统总线出现回流，进而出现逻辑数据变化、死机、误动的情况。在实际生产过程中，信号线引入干扰对DCS的影响是十分明显的，容易损坏I/O模件，引发系统故障。

最后，接地系统混乱带来的干扰。为了提升电子设备电磁兼容性，大多采取接地的方式。正确的接地方式，不仅可以实现抗电磁干扰的目的，还能对电子设备形成有效地抑制，抑制其发出干扰信号;相反，错误的接地方式，会带来比较严重的信号干扰，影响DCS系统的正常使用。DCS控制系统使用到的接地系统包括屏蔽地、系统地、保护地、交流地等。如果接地系统混乱，会对DCS系统带来干扰，主要表现为各个接地点会出现电位分布不均的情况，接地点之间存在一定的电位差，导致环路电流的出现，干扰DCS系统的正常运行。在此，我们以电缆屏蔽层为例，一般情况下，电缆屏蔽层应该一点接地，但是如果出现两点接地的情况，可能会产生电位差，当电流经过屏蔽层时，就会产生异常状态，相当于雷击，会产生很大的地线电流。除此之外，接地线、屏蔽层、大地3个方面可能会形成一个闭合环路，受到磁场变化的影响，屏蔽层可能会产生感应电流，当感应电流经过芯线、屏蔽层之间时，会对信号回路带来干扰。倘若系统地和其他接地存在混乱情况，形成的地环流也会导致地线出现有差异的电位分布，会影响到DCS模拟电路和逻辑电路的正常运行。在某化工项目中，因电极带电导致电极热电偶接头带电，而热电偶电缆屏蔽层直接压在了热电偶接头上，导致热电偶电缆两端接地，进而影响了测量精度。DCS系统工作中，逻辑电压抗干扰的能力较差，逻辑地电位分布不均，会导致DCS出现逻辑运算混乱、数据存储混乱，还可能出现程序死机。模拟地电位分布不均，会降低测量精度，导致信号测控出现失真，无法精准地实现控制。

2  DCS控制系统工程应用的抗干扰设计

为了进一步地降低电磁干扰对DCS控制系统带来的不利影响，我们在设计系统之初，便要从3个方面考虑，采取相应的措施，做好抗干扰的设计。

2.1 选择具有优良性能的电源，降低电源引入干扰

在DCS控制系统之中，电源占了很大的比重，如果电源性能不佳，势必要在使用过程中带来干扰。电源带来的干扰主要体现在供电电源、与系统有着直接电气连接的仪表等，当电源和仪表耦合时，便会产生电源干扰。因此，在选择电源时，应该选择隔离性能比较好的电源，将其作为控制系统的电源。现阶段，最为常见的便是采取不间断供电的方式，进行系统供电，通过提升供电的可靠性，保证系统的正常运行。由于不间断电源有着不错的抗干扰能力，所以不间断电源也是一种较为理想的电源方式。借助电源的合理选择，降低电源引入干扰给系统带来的影响。

2.2 合理选择电缆以及敷设方式

为了降低电缆给控制系统带来的辐射干扰，可以选择铜带铠装屏蔽电力电缆的方式，可以很好地抑制电缆干扰。由于不同的信号种类在传播时，需要使用到不同的电缆，所以，选择电缆时，需要按照不同的信号传输类型，采取分层敷设电缆的方式，不能使用统一的电缆进行信号、电源的传输，分层敷设可以有效地实现对电磁干扰的控制，避免出现干扰的情况。

2.3 硬件滤波、软件抗干扰方法

信号传输时，当信号没有进入计算机时，可以通过预接电容的方式，也就是信号和大地接上电容，这种方式可以可很好地抑制共模干扰，还可以在信号两级之间增加滤波器，这样可以进一步降低干扰。由于电磁干扰相对复杂，设计DCS控制系统时，应该加大对软件组态的重视，提升系统的可靠性。现在常见的方法，就是通过数字滤波的方法或者进行频整形采样，排除周期性干扰。

3  结语

综上所述，DCS控制系统有着一定的复杂性，会受到多种因素的影响。比如，空间辐射、系统引线干扰等。为了提升DCS控制系统的稳定性，降低干扰，需要在进行系统设计时，便要做好综合因素的考虑，采取一些抗干扰的措施，比如，选择具有优良性能的电源，降低电源引入干扰;选择铜带铠装屏蔽电力电缆，分层铺设的方式;采用硬件滤波、软件抗干扰方法等，这样才能提升DCS控制系统的抗干扰能力，让其更好地发挥作用。

参考文献

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