DCS现场仪表的抗干扰问题分析

DCS现场仪表的抗干扰问题分析

刘文彬

(华沃（枣庄）水泥有限公司山东枣庄277200)

摘要：随着科技的发展，DCS（集散控制系统）在工业控制中的应用越来越广泛。DCS现场仪表是安装在生产现场的分布式控制系统，用于控制和测定生产过程中的各个参数的自动化控制通讯的仪表系统。DCS现场仪表的可靠性和正常运行是企业生产安全和顺利运行的重要保障，而DCS现场仪表的抗干扰能力是整个分布式控制系统正常、可靠运转的关键所在。因此，分析DCS现场仪表的抗干扰问题是实现和确保DCS现场仪表正常运转的重要课题。本文通过分析DCS现场仪表的干扰来源，从而提出相应的抗干扰措施，以确保DCS现场仪表运行和使用的可靠性。

关键词：DCS现场仪表；抗干扰；问题分析；解决措施

引言

随着各电子自动化控制系统的广泛应用与深入，DCS分散式控制系统或者称为集散控制系统已经在各大行业受到广泛的应用。如下图所示，即为生产工艺过程中的DCS系统示意图。DCS现场仪表是安装在生产现场的集散式控制仪表系统，主要是用于控制和测量生产过程中的各个参数，并且通过仪表显示出来，以实现对生产过程各参数的有效控制和测量。由于DCS现场仪表经常要处于强电流或电压的电磁环境中，会受到各方面产生的干扰，从而影响DCS现场仪表的可靠性和对生产过程的准确度。因此，对其抗干扰能力要求较高，只有DCS现场仪表的抗干扰能力强，才能使其控制系统的运行具有可靠性。

一、DCS现场仪表的干扰来源

（1）空间的辐射干扰

DCS现场仪表在生产现场工作的过程中，会受到来自空间的辐射干扰。由于DCS现场仪表经常要安装在生产的现场，而生产的现场环境一般都比较复杂，如雷电天气、无线电波及感应的加热设备等等，这些外界因素都会引起辐射，从而对DCS现场仪表的运转和工作产生干扰。对于空间的辐射干扰一般分为两种：一是，直接对DCS系统的计算机内部产生辐射，并且通过电路感应来对DCS现场仪表产生干扰；一是，对除了计算机主机的外围通讯设备产生辐射，并且通过外围通讯设备的线路感应而引起对DCS现场仪表的干扰。

（2）传输的干扰

DCS现场仪表在工作的过程中，由于传感电源或供电设备串入的电网覆盖的范围非常的广，这将引起空间各线路的电磁干扰，进而在DCS仪表系统工作的线路产生电磁感应的电压，使得DCS仪表在工作和控制时产生干扰，这就是在传输过程中的干扰之一。另外，在DCS现场仪表的各个传输线上也会有干扰信号的侵入和传输，即为DCS现场仪表传输线的电磁感应产生的外部传输干扰，并且在信号传输线受到外部电磁感应的干扰时，甚至还会引起DCS仪表系统元件的损坏。

（3）接地系统的干扰

在DCS现场仪表系统工作时，接地系统是DCS电子系统提高电磁兼容性的重要方式。DCS现场仪表系统的接地系统是为了抑制电磁干扰的影响的，然而接地系统的接地方式不对，就会对DCS现场仪表产生较大的干扰影响。由于DCS系统的接地线相对较多，如信号接地线、屏蔽地线、交流地线及功率地线等，各接地线的相互耦合对DCS现场仪表的工作将会产生较大的干扰。

二、DCS现场仪表的抗干扰措施

（1）电源性能的把控

首先，由于DCS现场仪表系统工作时要接电源供电系统，而电源的隔离性能的把控是提高DCS现场仪表抗干扰能力的重要因素。由于供电的电网覆盖范围非常广，只有DCS现场仪表的供电电源设备的隔离性能优越，才能有效抑制各电网线路由于电磁感应而引起的电磁干扰。因此，在选择DCS现场仪表工作时的供电电源时要对其隔离性能进行严格的把控和筛选，采用隔离性能优越的供电电源设备来对DCS现场仪表系统进行供电。例如，可以采用如下图的电源供电方式。

（2）电缆的选择

在DCS系统工作时，可以根据不同的信号传输类型而选择不同的电缆，例如可以采用金属铜带铠装的屏蔽电力电缆来降低动力线产生的电磁干扰，并且在DCS系统中信号的传输电缆要根据信号类型进行分层敖设来避免用同一电缆的导线来进行信号和动力电源的传输，从而避免因动力电缆和信号线的平行靠近而产生的电磁干扰。此外，在抑制电容性噪音藕合干扰时，除了采用屏蔽电缆以外，还可以把信号导线串入导管内，以降低导线内部的磁力线来起到磁屏蔽作用。因此，信号线要与动力电缆保持较大的距离或垂直放置，如下图所示：

（3）硬件及软件的抗干扰

在DCS现场仪表工作时，将信号线与地间并接电容，并且加低通滤波器来降低共模及差模的干扰，如在电源供电设备硬件添加低通滤波器可以消除电网上的高次谐波。同时，在DCS系统工作的过程中由于电磁辐射引起的干扰非常的复杂，除了在硬件上进行抗干扰处理外，在软件上也要采取一定的抗干扰措施，如定时调整和校准电位、设计软件的标志位及软件陷阱等来提高软件的抗干扰性能。因此，在DCS现场仪表的工作过程中通过提高硬件及软件的抗干扰性能在提升整个DCS系统的抗干扰性能中也是非常重要的。

（4）完善接地系统

通常来说，DCS系统电子设备在运行的过程中，接地系统是保证DCS现场仪表安全运行的举措之一，接地系统除了在DCS系统中起到安全的作用外，具有抑制干扰的重要作用，准确、完善的接地系统是DCS现场仪表抗电磁干扰的重要措施之一。例如，通常来说，DCS的接地点电位与强电接地点的有所不同，这样将会引起共模电压的干扰，因此一般要完善DCS的接地系统首先要采取独立的接地系统。与此同时，由于接地的方式有电容接地、直接接地及浮地等多种方式，要针对不同的情况采取不同的接地方式，在信号源接地时，屏蔽层一般要在信号侧接地等等。因此，完善接地系统是提高DCS现场仪表抗干扰能力的重要一环。

结语

由于DCS系统在各行业生产中的广泛应用，使得DCS现场仪表的抗干扰问题备受大家的关注。通过分析DCS现场仪表的空间辐射干扰、传输干扰及接地系统的干扰等方面的干扰来源来针对性地从供电电源隔离性能的把控、电缆的选择、硬件及软件的抗干扰性能的提高及完善接地系统等方面来达到提高DCS现场仪表的抗干扰能力，从而提高DCS现场仪表运行的可靠性，进而实现生产的安全、可靠运行。

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