1、火电厂分散控制系统的抗干扰措施摘要:由于干扰可能会导致DCS系统发生故障，所以DCS系统应采取各种抗干扰措施。从硬件、软件两方面详细分析了各种抗干扰措施，通过软硬结合的方法在实际应用中可以有效抑制干扰，提高DCS系统的安全可靠性。近年来，随着计算机控制技术的快速发展，分散控制系统(以下简称Des系统)在我国火电厂获得了广泛应用。M S系统的可靠性直接影响到火电厂的安全生产和经济运行，而M S系统的抗干扰能力直接关系到整个系统能否可靠运行，因此必须采取有效措施提高其抗干扰能力。1 干扰的来源及传播途径11 来源干扰的来源大致分为内部干扰和外部干扰。内部干扰是指由系统结构、制造工艺等因素引起的干扰
2、。它主要由系统内部元器件及电路问的相互电磁辐射产生。外部干扰是指那些与系统结构无关，而是由外部环境因素决定的干扰。它主要是空间辐射干扰和信号传输干扰。12 传播途径干扰的传播途径有以下几种：电导耦合方式、电感耦合方式、电容耦合方式和电磁场辐射耦合方式。(1)电导耦合方式。干扰信号主要经过计算机输入输出信号线、计算机供电电源、计算机接地线等进入计算机电路。例如当几种信号线在一起传输时，由于绝缘材料老化、漏电而影响到其它信号，就会在其它信号中引入干扰。(2)电感耦合方式。电感耦合的干扰源大都是以大电流形式出现的。电流的变化引起周围磁场的爱化，会在Des系统的各种信号回路中产生感应电压，叠加在信号电
3、压之上，形成电磁干扰。(3)电容耦合方式。Des系统的信号传输线路周围不可避免地存在高压电场，这种电场以“人地”为基准电位(零电位)形成分布电容，而信号线对“大地”也形成分布电容，二者之间的电容耦合产生的耦合电压加在信号传输线路中，形成干扰。(4)电磁场辐射耦合方式。主要指无线电磁波、高频电流通过导体时会发生的电磁波等对所有能够接收到电磁波的回路所造成的干扰。2 硬件抗干扰措施硬件抗干扰必须从消除干扰源和切断传播途径两方面着手，常帑的措施有隔离、屏蔽、平衡、接地等。针对不同情况，采用一种方法或几种方法结合在一起，可以获得满意的效果。21 隔离(1)模拟量隔离。来自现场的模拟量输入信号均需经端子
4、板送人隔离放大器。(2)开关量隔离。为了使DCS系统和外部系统电气上完全隔离。现场需监控的开关量均应经过两级隔离，一级是经中间继电器转换后进入控制柜；二是经端子板光电隔离送人采集单元，再进行处理。(3)电源隔离。为了防止供电线路上引入共模高频干扰信号 。可以在供电线路上设隔离变压器进行干扰隔离。(4)信号电缆的隔离。强、弱信号不应使用同一根电缆，信号电缆应尽可能避开电力电缆，避免与电力电缆平行布设。22 屏蔽屏蔽可以分为电场屏蔽(静电场屏蔽及交变电场屏蔽)和磁场屏蔽(静磁场屏蔽及交变磁场屏蔽)。它的目的有两个：一是抑制干扰源，不使其越出某一区域；二是可以防止外来的辐射进入，保护易受干扰的通道。
5、电场屏蔽是为了消除或抑制由于电场耦合引起的干扰。在干扰源与传输信号之间加接地屏蔽层，使干扰源经分布电容耦合产生的干扰电压被接地屏蔽层短路，干扰信号也就无法进入信号传输回路。即使有漏电容产生，它对信号传输的影响也非常小。利用金属屏蔽体对电场可以起屏蔽作用，但必须注意，屏蔽体的屏蔽必须完善并良好接地，否则不起屏蔽作用。磁场屏蔽是为了消除或抑制由于磁场耦合引起的干扰。在传输信号线路与干扰源之间设置磁性物体，使磁路无法形成通道，从而达到抑制干扰的目的。磁场的屏蔽不同于电场的屏蔽，屏蔽体接地与否不影响磁屏蔽的效果，但磁屏蔽体对电场也起一定的屏蔽作用，因此磁屏蔽体一般也接地。在实际工作中，敷设电源线、信号
6、线时，应分别用对地屏蔽的钢制导管穿线。220 V交流电源线、信号线在电缆槽敷设时，中间应加金属隔板隔开。大量试验表明，钢制导管、钢制电缆槽既有静电屏蔽能力，又有电磁屏蔽能力，其抗干扰效果很明显。在选择和使用电缆方面，不同电压等级的电源电缆(如220 V交流、24 V直流电缆)、低电平、电压信号电缆、开关量信号电缆、模拟信号电缆，它们各自抗干扰屏蔽能力是不同的。根据实际应用效果，对弱模拟信号(100 mV以下)选用线径1m左右的对绞屏蔽电缆；对强模拟信号(100 mV10 V)和弱数字信号(小于3OV)，选用15的对绞屏蔽电缆：对于强数字信号(大于300 V)仅选用15 ITIITI2的普通控制
7、电缆即可。23 平衡利用电路上的平衡关系，让两根传输同一信号的导线具有相同的干扰电压，可使干扰电压在这两根导线上的负载上互相抵消。例如双绞线就是平衡处理的一种形式。使用双绞线传输信号时，由于两条线的阻抗一样，自身产生的干扰或外部干扰都可以较好地相互抵消。同时，在外界的干扰下。每根导线均被感应出干扰电流，同一根导线在相邻两个环的两段上流过的感应电流大小相等、方向相反。故在总的效果上导线并没有被感应干扰电流。24 接地合理准确的接地是保证DCS系统运行安全可靠，系统网络通信畅通的重要前提。正确的接地既能抑制外来干扰，又能减小设备对外界的干扰影响。而错误的接地反而会引入干扰，严重时甚至会导致DCS系
8、统无法正常工作。因此接地问题不仅在系统设计时要周密考虑，在工程安装投运时也必须以最合理的方式加以实现。在实践中由于接地不良或接法错误造成DCS系统失效甚至损坏的事例很多，因此对接地问题必须慎重处理。下面是DCS系统接地的一般性原则和常见措施。(1)采用统一的接地网。系统中的交流工作地、直流工作地、屏蔽地、安全保护地之间应保持严格的绝缘，在总汇集板汇合后再用一根接地电缆接到接地网上。所有接地点应与接地网牢固连接，且应尽量减少接地点与接地网的距离。整个接地系统最终只有一点接到接地网上，保证DC_S系统满足“一点接地”的要求，并满足接地电阻的要求。DCS 系统的接地网最好与现场电气接地网共用，当电气
9、接地网上发生较大的对地短路事故时，短路点的电位瞬间升得很高，由于接地网导体的导电作用，接地网各处的接地电位差可以很快减小，能有效抑制共模干扰。(2)信号线采用屏蔽电缆，并且合理接地。信号线的屏蔽层接地必须保证单点接地，避免多点接地。信号源接地时，屏蔽层应在信号源侧接地；信号源不接地时，屏蔽层应在DCS系统侧接地。通常测量金属壁温的热电偶和开关量信号中的电接点水位的电极就属于信号源接地这一类，这时就应将屏蔽层接地点改在信号源侧接地。如果信号源端和DCS系统侧都要求接地，则对信号必须采用变压器隔离或光电隔离等措施，并且屏蔽层应在信号源侧接地。信号电缆中间有接头时，在接头处的屏蔽层要妥善连接，并将屏
10、蔽层裸露的部分用绝缘带包好。3 软件抗干扰措施所谓软件抗干扰，就是利用微机的高速运算和处理功能，采取程序的手段来检测，从而排除干扰等对控制系统的影响。常用的措施有数据冗余、数字滤波、校验纠错等。31 数据冗余在干扰较大的环境中，采用数据冗余可以明显增加传输部件和总线信息的可靠性。这种方法对于暂时性的硬件故障或者干扰导致的数据错误都有明显的抑制效果。(1)重复执行。程序指令在执行的过程中或者所获结果在储存之后，都有可能被干扰修改而导致控制失效乃至引发事故，为此应当尽量增加重要指令的执行次数以纠正干扰造成的错误。对于变化较慢的数据，建议在有效时间内多次采集并比较。对于控制外部设备的指令，则需要多次
11、重复执行以确保有关信号的可靠性。为达到这个目的，可以把重要的指令设计成定时扫描模块，使其在整个程序的循环运行过程中反复执行。这样即使干扰信号改写了寄存器的内容，也能在受控设备的反应时间内自动恢复正常。(2)指令冗余。指令冗余指在一些对程序流向起着决定作用的指令(如跳转指令)及对系统工作状态至关重要的指令(如中断指令)前面，人为地插入几条空操作指令，以保证跑飞的程序能重返正常轨道。应当注意的是在一个程序中“指令冗余”不要使用过多，以免降低程序的执行效率。32 数字滤波数字滤波的实质是通过一定的计算程序对采样信号进行平滑加工，保护有用信号，减弱或消除干扰信号。在火电厂常采用以下几种滤波方法：(1)
12、程序判断滤波法，适合于被测信号变化频率低的场所，如温度、液位的测量。(2)算术平均滤波法和加权滤波法，用于对压力、流量等周期脉动的采样值进行平滑加工。(3)中值滤波法。对于严重的干扰信号有较强的抑制作用。(4)一阶滞后滤波法。适用于温度、液位等变化缓慢参量的滤波，相当于RC滤波器。33 校验纠错检验纠错的基本原理是在传输的信息中按照一定的规则附加一定数量的冗余位。由于有了冗余位，真正有用的代码数就会少于所能组合成的全部代码数。这样，当代码在传输过程中由于受到干扰而发生变化，致使接收到的代码与有用的代码不一致时，说明发生了错误，需要重新发送信息进行纠错。常用的方法有奇偶校验、汉明校验、循环冗余校验等。
