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摘要：随着我国经济的飞速发展以及科学技术的日新月异，在工业控制过程中DCS分散控制系统的应用越来越广泛。更好的提升分散控制系统的抗干扰性能，尽可能屏蔽干扰，对于工业生产的顺利、健康发展将会起到重要作用。接下来，本文将结合笔者的相关工作经验，详细论述DCS系统抗干扰措施研究与设计。
关键词：DCS系统；抗干扰措施；研究与探讨
分散控制系统的安全、可靠运行，直接影响到机组的健康稳定运行。在分散控制系统的运行过程中，会受到来自多方面因素的影响，其中，信号干扰就是影响较大且较为普遍的一种。DCS系统抗干扰的涉及面众多、环节复杂，需要进行详细研究与探讨。
一、 分散控制系统的干扰源分析
（一） 来自电磁场的干扰
来自电磁场的干扰主要分为两种情况：第一，内部干扰。内部干扰主要指的是电子设备自身出现的干扰，这种信号干扰主要是来源于电子设备内部不合理的电子线路布局，由于设备内部的电磁波干扰，进一步导致多点接地、干扰，出现电位差。第二，外部干扰。可以在空间范围内产生电磁场的输电线路以及电气设备，都属于外部干扰源。比如说，在产生雷电过程中，会通过电网在进线电源上面附加大尖峰脉冲，如此巨大的尖峰脉冲会对工厂内部电力系统的电子元件产生严重损坏。导致集成度较高的微电子原件无法正常工作，致使电力系统发生瘫痪，严重的会发生爆炸。一般情况下，主要由两种路径影响外部干扰。①电路感应自身发生干扰，直接对分散控制系统内部辐射。②又通信线路自身感应将干扰引入，对分散控制系统通信网络辐射。通常情况下，现场设备的位置、设备的电磁场以及频率等因素与外部干扰有直接影响，一般通过设置屏蔽的方式，使分散控制系统尽可能远离磁场区。
（二） 信号线干扰
在DCS系统实际运行过程中，与其相连接的各种信号线，在进行有效的信息传递之外，不可避免的会出现外部信号之间的干扰。这种类型的干扰主要由两种形式：第一，通过共用信号仪表以及变送器的电源串入进行电网信号干扰。第二，由于受到空间电磁辐射干扰，也就是信号线的感应干扰。通过引入这些干扰信号，会大大降低测量精度，导致I/O异常工作，进一步导致各种元器件的损伤。如果系统的隔离性能比较差，还会发生信号之间的相互干扰，导致共地系统产生总线回流，进一步产生死机、误动以及数据变化等情况。
（三） 接地干扰
二、 DCS系统抗干扰措施研究与探讨
（一） 硬件抗干扰措施研究
1. 合理的设备选型
系统自身性能的好坏，直接影响到整个分散控制系统的运作性能。所示DCS系统配置.在选择设备的过程中，必须要选择抗干扰性能优良的设备，综合考虑设备的电磁兼容性，特别是抗干扰能力。比如说，采用隔离性能较好的分散控制系统。神华煤化公司采用的PKs系统Honey-well品牌，其独立接地，标准严格，设备性能良好。
2. 设计综合抗干扰装置
这种措施主要考虑系统外部的干扰措施，主要由：对外引线的隔离与滤波，尤其是原理分层、电缆布置，预防外引线所产生的干扰，如图2所示。屏蔽DCS系统的外引线，预防出现空间电磁辐射。通过科学合理的接地点设计以及安装接地措施，进一步完善接地系统。主要措施如下：第一，系统电源。如图3所示，分散控制系统其电源需要设计冗余供电，与此同时，各个配电模件需要有自动断路器、独立电源等保护措施。笔者建议，分散控制系统的供电系统可选择隔离变压器，将动力强电系统与系统接地点进行独立配置。任何电源丢失，都不会影响整个装置系统的正常运行。第二，信号隔离。模拟量线路回路，需要预防现场发生的强电窜入卡件、分散控制系统与就地设备不共地所出现的电势差。对于重要的回路系统，必须应用信号隔离装置。针对数字量的回路系统，最为常用的方式就是变压器隔离或者继电隔离。第三，电缆敷设。流量、温度、压力等参数是分散控制系统主要的控制对象。检测上述参数主要是通过流量变送器、压力变送器、电阻等进行转化而进入分散控制系统。为了尽可能避免线路传输过程中出现的干扰，可设计屏蔽电缆的方式。在敷设过程中，尽可能远离动力电缆，并远离变压器等负载系统。220V以下电源电压，10A以下电流的电源电缆必须与信号电缆之间保持150mm以上的距离。220V以上电源电压，电流的电源电缆必须与信号电缆之间保持600mm以上距离。如果现场无法远离，则可以设置统一架桥，中间配置与接地系统连接可靠的钢板。第四，正确接地。通过合理、争取的接地，一方面能有效保障安全，一方面能有效抑制干扰。合理的接地系统是有效保障分散控制系统有效抵御干扰的重要措施。从整体上来说，分散控制系统接地可分为工作接地与保护接地。前者是为了分散控制系统以及各项仪表正常运行的接地，后者是为了保护工作人员的生命安全。工作接地还可以分为屏蔽地、信号回路地、逻辑地等。+5V等电源输出地一般为逻辑地。各个变送器的负端接地系统以及开关量的负端接地等等一般为信号回路地。模拟信号其自身的屏蔽层一般为屏蔽接地。上述工作地方都必须进行标准的接地处理。与此同时，接地质量直接影响着分散控制系统的抗干扰能力。该系统属于高度低电平控系统，应该选择单点直接接地的方式。将分散控制系统内部不同性质接地，比如说，保护地与工作地由绝缘电缆分别引入地线汇集板，然后接入地网。连接各种地线以及接地电缆汇集板，应该通过线鼻子压接之后，通过螺栓进行焊接或连接，全面保障接地系统的质量。
（二） 软件抗干扰措施研究
第一，滤波。如果系统发生尖峰限号干扰，可以对这些信号进行滤波处理，进一步消除硬件中没有被消除的干扰。大量实践证实，数字滤波的稳定性以及可靠性非常高，能有效消除信号的周期干扰。一般来说，程序判断滤波、算数平均滤波等等，都是常用的数字滤波方式。第二，合理的采样时间。合理的采样时间，比如说，选择工频周期的倍数，能够有效消除工频干扰。
结语：
综上所述，DCS系统抗干扰措施研究与设计是一项涉及范围广、学科知识广的系统性工程，需要在科学研究的前提下，综合所方面因素进行深入研究。本文主要通过硬件抗干扰措施以及软件抗干扰措施两大方面进行了详细阐述，希望对一线工作提供理论指导。
参考文献：
[1].向立清.对电厂分散控制系统抗干扰措施的探讨[J].中国科技财富， 2009（16）.
[2].单丙军，李红霞，刘凯，李斌，李春华，煤矿监控系统的抗干扰措施[J]，煤矿机械，2010（07）.
[3].周宝龙，岳继光，萧蕴诗；基于CAN控制器的对等式单片机多机系统的通信[J]，电子技术应用，2002（02）.
[4].张雷，DCS在火力发电机组电气控制系统中的应用[D]，山东大学，2006（10）.
[5].闫文忠，李长青，安葳鹏，赵建贵，KJ93型矿井安全生产监控系统中的抗干扰技术研究[J]，焦作工学院学报（自然科学版），2004（05）.
[6].程鹏，卢国杰，赵小萌，甄成刚，DCS仿真组态软件研究与设计[J]，中小企业管理与科技（下旬刊），2011（07）.
作者简介：
高健（1988-），男，浙江大唐乌沙山发电有限责任公司助理工程师，研究方向：火力发电厂热工控制系统维护及检修。
关键词：DCS系统；抗干扰措施；研究与探讨
分散控制系统的安全、可靠运行，直接影响到机组的健康稳定运行。在分散控制系统的运行过程中，会受到来自多方面因素的影响，其中，信号干扰就是影响较大且较为普遍的一种。DCS系统抗干扰的涉及面众多、环节复杂，需要进行详细研究与探讨。
一、 分散控制系统的干扰源分析
（一） 来自电磁场的干扰
来自电磁场的干扰主要分为两种情况：第一，内部干扰。内部干扰主要指的是电子设备自身出现的干扰，这种信号干扰主要是来源于电子设备内部不合理的电子线路布局，由于设备内部的电磁波干扰，进一步导致多点接地、干扰，出现电位差。第二，外部干扰。可以在空间范围内产生电磁场的输电线路以及电气设备，都属于外部干扰源。比如说，在产生雷电过程中，会通过电网在进线电源上面附加大尖峰脉冲，如此巨大的尖峰脉冲会对工厂内部电力系统的电子元件产生严重损坏。导致集成度较高的微电子原件无法正常工作，致使电力系统发生瘫痪，严重的会发生爆炸。一般情况下，主要由两种路径影响外部干扰。①电路感应自身发生干扰，直接对分散控制系统内部辐射。②又通信线路自身感应将干扰引入，对分散控制系统通信网络辐射。通常情况下，现场设备的位置、设备的电磁场以及频率等因素与外部干扰有直接影响，一般通过设置屏蔽的方式，使分散控制系统尽可能远离磁场区。
（二） 信号线干扰
在DCS系统实际运行过程中，与其相连接的各种信号线，在进行有效的信息传递之外，不可避免的会出现外部信号之间的干扰。这种类型的干扰主要由两种形式：第一，通过共用信号仪表以及变送器的电源串入进行电网信号干扰。第二，由于受到空间电磁辐射干扰，也就是信号线的感应干扰。通过引入这些干扰信号，会大大降低测量精度，导致I/O异常工作，进一步导致各种元器件的损伤。如果系统的隔离性能比较差，还会发生信号之间的相互干扰，导致共地系统产生总线回流，进一步产生死机、误动以及数据变化等情况。
（三） 接地干扰
二、 DCS系统抗干扰措施研究与探讨
（一） 硬件抗干扰措施研究
1. 合理的设备选型
系统自身性能的好坏，直接影响到整个分散控制系统的运作性能。所示DCS系统配置.在选择设备的过程中，必须要选择抗干扰性能优良的设备，综合考虑设备的电磁兼容性，特别是抗干扰能力。比如说，采用隔离性能较好的分散控制系统。神华煤化公司采用的PKs系统Honey-well品牌，其独立接地，标准严格，设备性能良好。
2. 设计综合抗干扰装置
这种措施主要考虑系统外部的干扰措施，主要由：对外引线的隔离与滤波，尤其是原理分层、电缆布置，预防外引线所产生的干扰，如图2所示。屏蔽DCS系统的外引线，预防出现空间电磁辐射。通过科学合理的接地点设计以及安装接地措施，进一步完善接地系统。主要措施如下：第一，系统电源。如图3所示，分散控制系统其电源需要设计冗余供电，与此同时，各个配电模件需要有自动断路器、独立电源等保护措施。笔者建议，分散控制系统的供电系统可选择隔离变压器，将动力强电系统与系统接地点进行独立配置。任何电源丢失，都不会影响整个装置系统的正常运行。第二，信号隔离。模拟量线路回路，需要预防现场发生的强电窜入卡件、分散控制系统与就地设备不共地所出现的电势差。对于重要的回路系统，必须应用信号隔离装置。针对数字量的回路系统，最为常用的方式就是变压器隔离或者继电隔离。第三，电缆敷设。流量、温度、压力等参数是分散控制系统主要的控制对象。检测上述参数主要是通过流量变送器、压力变送器、电阻等进行转化而进入分散控制系统。为了尽可能避免线路传输过程中出现的干扰，可设计屏蔽电缆的方式。在敷设过程中，尽可能远离动力电缆，并远离变压器等负载系统。220V以下电源电压，10A以下电流的电源电缆必须与信号电缆之间保持150mm以上的距离。220V以上电源电压，电流的电源电缆必须与信号电缆之间保持600mm以上距离。如果现场无法远离，则可以设置统一架桥，中间配置与接地系统连接可靠的钢板。第四，正确接地。通过合理、争取的接地，一方面能有效保障安全，一方面能有效抑制干扰。合理的接地系统是有效保障分散控制系统有效抵御干扰的重要措施。从整体上来说，分散控制系统接地可分为工作接地与保护接地。前者是为了分散控制系统以及各项仪表正常运行的接地，后者是为了保护工作人员的生命安全。工作接地还可以分为屏蔽地、信号回路地、逻辑地等。+5V等电源输出地一般为逻辑地。各个变送器的负端接地系统以及开关量的负端接地等等一般为信号回路地。模拟信号其自身的屏蔽层一般为屏蔽接地。上述工作地方都必须进行标准的接地处理。与此同时，接地质量直接影响着分散控制系统的抗干扰能力。该系统属于高度低电平控系统，应该选择单点直接接地的方式。将分散控制系统内部不同性质接地，比如说，保护地与工作地由绝缘电缆分别引入地线汇集板，然后接入地网。连接各种地线以及接地电缆汇集板，应该通过线鼻子压接之后，通过螺栓进行焊接或连接，全面保障接地系统的质量。
（二） 软件抗干扰措施研究
第一，滤波。如果系统发生尖峰限号干扰，可以对这些信号进行滤波处理，进一步消除硬件中没有被消除的干扰。大量实践证实，数字滤波的稳定性以及可靠性非常高，能有效消除信号的周期干扰。一般来说，程序判断滤波、算数平均滤波等等，都是常用的数字滤波方式。第二，合理的采样时间。合理的采样时间，比如说，选择工频周期的倍数，能够有效消除工频干扰。
结语：
综上所述，DCS系统抗干扰措施研究与设计是一项涉及范围广、学科知识广的系统性工程，需要在科学研究的前提下，综合所方面因素进行深入研究。本文主要通过硬件抗干扰措施以及软件抗干扰措施两大方面进行了详细阐述，希望对一线工作提供理论指导。
参考文献：
[1].向立清.对电厂分散控制系统抗干扰措施的探讨[J].中国科技财富， 2009（16）.
[2].单丙军，李红霞，刘凯，李斌，李春华，煤矿监控系统的抗干扰措施[J]，煤矿机械，2010（07）.
[3].周宝龙，岳继光，萧蕴诗；基于CAN控制器的对等式单片机多机系统的通信[J]，电子技术应用，2002（02）.
[4].张雷，DCS在火力发电机组电气控制系统中的应用[D]，山东大学，2006（10）.
[5].闫文忠，李长青，安葳鹏，赵建贵，KJ93型矿井安全生产监控系统中的抗干扰技术研究[J]，焦作工学院学报（自然科学版），2004（05）.
[6].程鹏，卢国杰，赵小萌，甄成刚，DCS仿真组态软件研究与设计[J]，中小企业管理与科技（下旬刊），2011（07）.
作者简介：
高健（1988-），男，浙江大唐乌沙山发电有限责任公司助理工程师，研究方向：火力发电厂热工控制系统维护及检修。