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广州腾鸣自动化控制设备有限公司
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随着科学技术的发展，DCS在工业控制中的应用越来越广泛。DCS控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型DCS，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高DCS控制系统可靠性，一方面要求DCS生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。
DCS控制系统在抗干扰设计中要采取对症下药的方法
二、电磁干扰源及对系统的干扰
1干扰源及干扰一般分类
影响DCS控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。
干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。
2 DCS控制系统中电磁干扰的主要来源
2.1来自空间的辐射干扰
空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若DCS系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对DCS内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对DCS通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和DCS局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。
2.2来自系统外引线的干扰
主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。
（1）来自电源的干扰
实践证明，因电源引入的干扰造成DCS控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高的DCS电源，问题才得到解决。
DCS系统的正常供电电源均由电网供电。
由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。DCS电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，隔离是不可能的。
（2）来自信号线引入的干扰
与DCS控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。DCS控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。
（3）来自接地系统混乱时的干扰
接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使DCS系统将无法正常工作。
DCS控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对DCS系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。
此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响DCS内逻辑电路和模拟电路的正常工作。DCS工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响DCS的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。
2.3来自DCS系统内部的干扰
主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于DCS制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。因此，我们更换了5个GXGS8001型二线制多路温度监测仪，工作电压为24V，输出为4--20mA电流信号，此温度检测仪多可检测4点温度，可以单点显示单点输出，当同时测多路时可以显示和输出其中大值。磨前后滑履各有一点测温点，我们用了两个温度监测仪分别采用单点输出的方式。风机轴承、风机电机轴承、主电机轴承分别有两个测温点，我们用了三个温度监测仪分别采用了显示和输出大值的方式。现场测温元件用的是Pt100热电阻，按照说明书接线方式连接好现场元件后，发现现场和中控室显示的温度不稳定，有10℃左右波动，当磨系统开车后波动变得更大，大时会有20℃。为了能正常生产，只能在软连锁保护中加了延时，但如果波动上限值维持到延时时间时，保护仍跳停，则影响正常生产。
分析和解决
(1)经检查，测温元件到温度检测仪的屏蔽电缆和动力电缆共用一个电缆槽，我们怀疑波动是为动力电产生的磁场对信号的干扰产生的，随即把这段屏蔽电缆进行了更换架空，效果明显，但温度显示还是有5℃左右的波动。我们知道，温度是线形变化的，而波动还毫无规律，实际温度不能变化这么快，一定还有干扰源。
(2)经分析，屏蔽电缆已更换，线路上没有问题，有可能是因为屏蔽线接地不好，起不到屏蔽的作用。我们更换了接地点，把所有温度检测仪的外壳也做了接地，有一定的效果，但还是没有达到理想的状态。
(3)由于我们用的是四路温度检测仪，而我们有两个温度检测仪只用了一路，另外三个温度检测仪用了两路，其他没用的信号输入端是空着的，可能对输入信号有影响。我们把空着的A、B、C三线输入端分别短接后，温度显示值非常稳定，只有0.1℃的变动。
总结
一 是用于弱电信号的屏蔽电缆必须单独敷设，要远离动力电缆；
二 是屏蔽电缆的屏蔽线及仪表外壳要牢固可靠的接地；
三 是没有使用的信号输入端也可能影响仪表的稳定性；
四 是对讲机等高频通信设备对仪表的稳定性也有很大的影响，使用时要远离仪表。
