一、概述

　 隨著科學技術的發展，DCS在工業(ye) 控製中的應用越來越廣泛。DCS控製係統的可靠性直接影響到工業(ye) 企業(ye) 的安全生產(chan) 和經濟運行，係統的抗幹擾能力是關(guan) 係到整個(ge) 係統可靠運行的關(guan) 鍵。自動化係統中所使用的各種類型DCS，有的是集中安裝在控製室，有的是安裝在生產(chan) 現場和各電機設備上，它們(men) 大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環境中。要提高DCS控製係統可靠性，一方麵要求DCS生產(chan) 廠家提高設備的抗幹擾能力；另一方麵，要求工程設計、安裝施工和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決(jue) 問題，有效地增強係統的抗幹擾性能。

　　二、電磁幹擾源及對係統的幹擾

　　1 幹擾源及幹擾一般分類

　　影響DCS控製係統的幹擾源與(yu) 一般影響工業(ye) 控製設備的幹擾源一樣，大都產(chan) 生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即幹擾源。

　　幹擾類型通常按幹擾產(chan) 生的原因、噪聲幹擾模式和噪聲的波形性質的不同劃分。其中：按噪聲產(chan) 生的原因不同，分為(wei) 放電噪聲、浪湧噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質不同，分為(wei) 持續噪聲、偶發噪聲等；按噪聲幹擾模式不同，分為(wei) 共模幹擾和差模幹擾。共模幹擾和差模幹擾是一種比較常用的分類方法。共模幹擾是信號對地的電位差，主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態（同方向）電壓迭加所形成。共模電壓有時較大，特別是采用隔離性能差的配電器供電室，變送器輸出信號的共模電壓普遍較高，有的可高達130V以上。共模電壓通過不對稱電路可轉換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞（這就是一些係統I/O模件損壞率較高的主要原因），這種共模幹擾可為(wei) 直流、亦可為(wei) 交流。差模幹擾是指作用於(yu) 信號兩(liang) 極間的幹擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模幹擾所形成的電壓，這種直接疊加在信號上，直接影響測量與(yu) 控製精度。

　　2 DCS控製係統中電磁幹擾的主要來源

　　2.1 來自空間的輻射幹擾

　 空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網絡、電氣設備的暫態過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產(chan) 生的，通常稱為(wei) 輻射幹擾，其分布極為(wei) 複雜。若DCS係統置於(yu) 所射頻場內(nei) ，就回收到輻射幹擾，其影響主要通過兩(liang) 條路徑：一是直接對DCS內(nei) 部的輻射，由電路感應產(chan) 生幹擾；而是對DCS通信內(nei) 網絡的輻射，由通信線路的感應引入幹擾。輻射幹擾與(yu) 現場設備布置及設備所產(chan) 生的電磁場大小，特別是頻率有關(guan) ，一般通過設置屏蔽電纜和DCS局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。

　　2.2 來自係統外引線的幹擾

　主要通過電源和信號線引入，通常稱為(wei) 傳(chuan) 導幹擾。這種幹擾在我國工業(ye) 現場較嚴(yan) 重。

　（1）來自電源的幹擾

　 實踐證明，因電源引入的幹擾造成DCS控製係統故障的情況很多，筆者在某工程調試中遇到過，後更換隔離性能更高的DCS電源，問題才得到解決(jue) 。

　 DCS係統的正常供電電源均由電網供電。由於(yu) 電網覆蓋範圍廣，它將受到所有空間電磁幹擾而在線路上感應電壓和電路。尤其是電網內(nei) 部的變化，入開關(guan) 操作浪湧、大型電力設備起停、交直流傳(chuan) 動裝置引起的諧波、電網短路暫態衝(chong) 擊等，都通過輸電線路傳(chuan) 到電源原邊。DCS電源通常采用隔離電源，但其機構及製造工藝因素使其隔離性並不理想。實際上，由於(yu) 分布參數特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。

　　（2）來自信號線引入的幹擾

　與(yu) DCS控製係統連接的各類信號傳(chuan) 輸線，除了傳(chuan) 輸有效的各類信息之外，總會(hui) 有外部幹擾信號侵入。此幹擾主要有兩(liang) 種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀(yi) 表的供電電源串入的電網幹擾，這往往被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應的幹擾，即信號線上的外部感應幹擾，這是很嚴(yan) 重的。由信號引入幹擾會(hui) 引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴(yan) 重時將引起元器件損傷(shang) 。對於(yu) 隔離性能差的係統，還將導致信號間互相幹擾，引起共地係統總線回流，造成邏輯數據變化、誤動和死機。DCS控製係統因信號引入幹擾造成I/O模件損壞數相當嚴(yan) 重，由此引起係統故障的情況也很多。

　　（3）來自接地係統混亂(luan) 時的幹擾

　接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑製電磁幹擾的影響，又能抑製設備向外發出幹擾；而錯誤的接地，反而會(hui) 引入嚴(yan) 重的幹擾信號，使DCS係統將無法正常工作。

DCS控製係統的地線包括係統地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地係統混亂(luan) 對DCS係統的幹擾主要是各個(ge) 接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環路電流，影響係統正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩(liang) 端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當發生異常狀態如雷擊時，地線電流將更大。

此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nei) 有會(hui) 出現感應電流，通過屏蔽層與(yu) 芯線之間的耦合，幹擾信號回路。若係統地與(yu) 其它接地處理混亂(luan) ，所產(chan) 生的地環流就可能在地線上產(chan) 生不等電位分布，影響DCS內(nei) 邏輯電路和模擬電路的正常工作。DCS工作的邏輯電壓幹擾容限較低，邏輯地電位的分布幹擾容易影響DCS的邏輯運算和數據存貯，造成數據混亂(luan) 、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴(yan) 重失真和誤動作。

　　2.3 來自DCS係統內(nei) 部的幹擾

　主要由係統內(nei) 部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chan) 生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與(yu) 邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬於(yu) DCS製造廠對係統內(nei) 部進行電磁兼容設計的內(nei) 容，比較複雜，作為(wei) 應用部門是無法改變，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應用實績或經過考驗的係統。

#p#分頁標題#e#三、DCS控製係統工程應用的抗幹擾設計

　為(wei) 了保證係統在工業(ye) 電磁環境中免受或減少內(nei) 外電磁幹擾，必須從(cong) 設計階段開始便采取三個(ge) 方麵抑製措施：抑製幹擾源；切斷或衰減電磁幹擾的傳(chuan) 播途徑；提高裝置和係統的抗幹擾能力。這三點就是抑製電磁幹擾的基本原則。

　 DCS控製係統的抗幹擾是一個(ge) 係統工程，要求製造單位設計生產(chan) 出具有較強抗幹擾能力的產(chan) 品，且有賴於(yu) 使用部門在工程設計、安裝施工和運行維護中予以全麵考慮，並結合具有情況進行綜合設計，才能保證係統的電磁兼容性和運行可靠性。進行具體(ti) 工程的抗幹擾設計時，應主要以下兩(liang) 個(ge) 方麵。

　　1 設備選型

　在選擇設備時，首先要選擇有較高抗幹擾能力的產(chan) 品，其包括了電磁兼容性（EMC），尤其是抗外部幹擾能力，如采用浮地技術、隔離性能好的DCS係統；其次還應了解生產(chan) 廠給出的抗幹擾指標，如共模擬製比、差模擬製比，耐壓能力、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環境中工作；另外是靠考查其在類似工作中的應用實績。在選擇國外進口產(chan) 品要注意：我國是采用220V高內(nei) 阻電網製式，而歐美地區是110V低內(nei) 阻電網。由於(yu) 我國電網內(nei) 阻大，零點電位漂移大，地電位變化大，工業(ye) 企業(ye) 現場的電磁幹擾至少要比歐美地區高4倍以上，對係統抗幹擾性能要求更高，在國外能正常工作的DCS產(chan) 品在國內(nei) 工業(ye) 就不一定能可靠運行，這就要在采用國外產(chan) 品時，按我國的標準（GB/T13926）合理選擇。

　　2 綜合抗幹擾設計

　主要考慮來自係統外部的幾種如果抑製措施。主要內(nei) 容包括：對DCS係統及外引線進行屏蔽以防空間輻射電磁幹擾；對外引線進行隔離、濾波，特別是原理動力電纜，分層布置，以防通過外引線引入傳(chuan) 導電磁幹擾；正確設計接地點和接地裝置，完善接地係統。另外還必須利用軟件手段，進一步提高係統的安全可靠性。

　　四、主要抗幹擾措施

　　1 采用性能優(you) 良的電源，抑製電網引入的幹擾

　在DCS控製係統中，電源占有極重要的地位。電網幹擾串入DCS控製係統主要通過DCS係統的供電電源（如CPU 電源、I/O電源等）、變送器供電電源和與(yu) DCS係統具有直接電氣連接的儀(yi) 表供電電源等耦合進入的。現在，對於(yu) DCS係統供電的電源，一般都采用隔離性能較好電源，而對於(yu) 變送器供電的電源和DCS係統有直接電氣連接的儀(yi) 表的供電電源，並沒受到足夠的重視，雖然采取了一定的隔離措施，但普遍還不夠，主要是使用的隔離變壓器分布參數大，抑製幹擾能力差，經電源耦合而串入共模幹擾、差模幹擾。所以，對於(yu) 變送器和共用信號儀(yi) 表供電應選擇分布電容小、抑製帶大（如采用多次隔離和屏蔽及漏感技術）的配電器，以減少DCS係統的幹擾。

　此外，位保證電網饋點不中斷，可采用在線式不間斷供電電源（UPS）供電，提高供電的安全可靠性。並且UPS還具有較強的幹擾隔離性能，是一種DCS控製係統的理想電源。

　　2 電纜選擇的敖設

　為(wei) 了減少動力電纜輻射電磁幹擾，尤其是變頻裝置饋電電纜。筆者在某工程中，采用了銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，從(cong) 而降低了動力線生產(chan) 的電磁幹擾，該工程投產(chan) 後取得了滿意的效果。

不同類型的信號分別由不同電纜傳(chuan) 輸，信號電纜應按傳(chuan) 輸信號種類分層敖設，嚴(yan) 禁用同一電纜的不同導線同時傳(chuan) 送動力電源和信號，避免信號線與(yu) 動力電纜靠近平行敖設，以減少電磁幹擾。

　　3 硬件濾波及軟件抗幹擾措施

　信號在接入計算機前，在信號線與(yu) 地間並接電容，以減少共模幹擾；在信號兩(liang) 極間加裝濾波器可減少差模幹擾。

　由於(yu) 電磁幹擾的複雜性，要根本消除迎接幹擾影響是不可能的，因此在DCS控製係統的軟件設計和組態時，還應在軟件方麵進行抗幹擾處理，進一步提高係統的可靠性。常用的一些措施：數字濾波和工頻整形采樣，可有效消除周期性幹擾；定時校正參考點電位，並采用動態零點，可有效防止電位漂移；采用信息冗餘(yu) 技術，設計相應的軟件標誌位；采用間接跳轉，設置軟件陷阱等提高軟件結構可靠性。

　　4 正確選擇接地點，完善接地係統

　 接地的目的通常有兩(liang) 個(ge) ，其一為(wei) 了安全，其二是為(wei) 了抑製幹擾。完善的接地係統是DCS控製係統抗電磁幹擾的重要措施之一。

　係統接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對DCS控製係統而言，它屬高速低電平控製裝置，應采用直接接地方式。由於(yu) 信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低於(yu) 1MHz，所以DCS控製係統接地線采用一點接地和串聯一點接地方式。集中布置的DCS係統適於(yu) 並聯一點接地方式，各裝置的櫃體(ti) 中心接地點以單獨的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應采用串聯一點接地方式。用一根大截麵銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的櫃體(ti) 中心接地點，然後將接地母線直接連接接地極。接地線采用截麵大於(yu) 22mm2的銅導線，總母線使用截麵大於(yu) 60mm2的銅排。接地極的接地電阻小於(yu) 2Ω，接地極最好埋在距建築物10 ~ 15m遠處，而且DCS係統接地點必須與(yu) 強電設備接地點相距10m以上。

　信號源接地時，屏蔽層應在信號側(ce) 接地；不接地時，應在DCS側(ce) 接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接並進行絕緣處理，一定要避免多點接地；多個(ge) 測點信號的屏蔽雙絞線與(yu) 多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應相互連接好，並經絕緣處理。選擇適當的接地處單點接點。

　　五、 結束語

　 DCS控製係統中的幹擾是一個(ge) 十分複雜的問題，因此在抗幹擾設計中應綜合考慮各方麵的因素，合理有效地抑製抗幹擾，對有些幹擾情況還需做具體(ti) 分析，采取對症下藥的方法，才能夠使DCS控製係統正常工作。