DCS系统中信号干扰和卡件的安全隐患问题浅析

DCS系统中信号干扰和卡件的安全隐患问题浅析[摘要]本论文通过DCS系统在实际应用过程中，现场仪表，电气系统所产生的干扰信号对其构成的安全隐患做了逐一系统的分析和所采取的防范措施和手段，并结合实际案例给出了一些有针对性地建议和方案。[关键词]DCS系统干扰信号安全隐患防范措施和手段随着国家综合经济实力的不断增长和新型工业自动化的不断发展和日新月异的变化，DCS系统的控制得到了广泛的应用和发展，其规模也进一步扩大，这使得现场自动化仪表的数量和类型也变得越来越多，越来越复杂，对于控制系统来说，现场信号（电气和仪表）要进入系统的I/O卡件，也就自然会产生一个卡件的安全隐患问题。特别是在现场仪表，电气系统和控制系统的调试阶段中，信号的干扰问题和系统的安全问题（控制系统的硬件组成部分）显得尤为重要，这也是对工厂生产存在的一个安全隐患问题，所以，我们有必要在DCS控制系统应用中，重视各种类型的信号干扰问题和适当采取一些防范措施和手段，尽量减少由于信号干扰的问题给生产带来的经济损失。1信号干扰的因素干扰又叫做噪声，是窜入或者叠加在系统电源、信号电缆上的与信号无关的电信号，干扰，会造成实测信号失真，严重的可造成相关设备损毁和控制的误动作。常见的干扰有以下几种类型：传导干扰当几种信号电缆叠放在一起传输时，由于绝缘材料老化、漏电从而影响到其它信号，即在其它信号中引入了干扰；在一些现场执行机构中，采用AC220V的电源供电，有时设备烧坏或者人为因素造成电源与信号电缆间短路，强电窜入弱电，造成较大的干扰和设备损坏。由于接地不合理引起的共模干扰。如果信号电缆的两端同时接地，则两点的接地系统可能出现电位差异，这会导致在信号电缆上产生一个很大的环流，叠加在信号电流上，造成模拟量信号波动，严重时可能引起卡件故障。在运行过程中，卡件发出的采集信号长时间接地，形成的接地电流超过允许值，会导致通道损坏。在以上这几种传导干扰中，由于现在DCS控制系统自身的设备状态都有保障，因此，由于绝缘材料老化或者设备烧坏等原因引起的干扰较少出现，而由于接地引起的干扰较为常见，也比较难以捉摸，应该引起重视。电容电感耦合干扰在被控现场，往往有很多信号走电缆槽或者走电缆管同时接入控制系统，这些信号电缆在一起走线，它们之间均有分布电容存在，会通过这些分布电容将干扰加到别的信号电缆上。另外，在交变信号电缆的周围会产生交变的磁通，而这些交变磁通会在并行的导体之间产生电动势，这也会造成线路上的干扰。大型电气设备引起的干扰在大型电气设备启动和开关装置动作频繁的地方，电动机的启动，开关的闭合产生的火花会在其周围产生很大的交变磁场，这些交变磁场既可以通过在信号电缆上耦合产生干扰，也可能通过在电源电缆上耦合产生高频干扰，这些干扰如果超过容许范围，也会影响系统的工作。其它因素雷击可能在系统周围产生很大的电磁干扰，也可能通过各种接地线引入干扰。静电也往往成为毁坏系统设备的杀手。2防止干扰和设备损坏的一般方法系统电源系统电源应该有冗余，各路配电模件应该有独立的截峰二极管、自动断路器等保护。供电系统最好采用隔离变压器，使DCS系统接地点和动力强电系统接地点独立开来，并采用电源低通滤波器来消除电网上的高次谐波。为避免波动，DCS供电要尽量来自负荷变化小的电网上。要严格防止强电通过端子排线路窜入DC24V供电回路，并定期检查机柜电源系统是否正常、供电电压是否在规定的范围内、系统接地是否可靠、良好、线路绝缘是否合格，送电、停电是否按程序执行。通过以上工作，这方面的风险就可以降低很多了。电缆敷设强电电缆应该与弱电电缆分开敷设，电源电压在220V以上，电流在10A以下的电源电缆和信号电缆之间的距离要大于150mm，电源电压在220V以上，电流在10A以上的电源电缆与信号电缆之间的距离应该大于600mm。若只能放在同一桥架内，之间必须要装隔板。热工电缆不可放在高压电场内。对于电容式设备的二次电缆，比如电容式电压互感器的二次电缆，施工要与地靠近平直。在发电机等附近有较强辐射处，要注意应该有铜皮或者铝箔等做成的密封箱来起到屏蔽作用。信号回路必须要有唯一的参考地，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室唯一接地来防止形成“地环路”。信号隔离对于模拟量输入输出回路，要防止从现场进来的强电窜入I/O卡件，以及就地设备与DCS系统不共地可能产生的电势差，因此重要回路应该采用信号隔离器来避免此种情况的危害；对于数字量的输入输出回路通常的解决办法是加中间继电器来实现。比如对于一台电动给水泵控制的反馈DI状态信号采集回路：现场的常开接点闭合时，信号使中间继电器线圈带电，中继动作，输出节点闭合，反馈到DI采集卡件对应的通道上。这样就可以避免强电会窜入卡件致使烧坏卡件的事情发生。Page4of5采用中间继电器隔离的缺点是：需要给外回路供电，采用电磁隔离和光电隔离技术的开关量隔离器，可以减少为外回路供电的步骤。防静电和避雷措施进入控制室和电子室，要穿防静电工作服，触摸模块时，必须戴静电释放腕套。检修中，从机架上拆下的卡件要放在接地良好的防静电毯上，不能随意摆弄。采取综合的防雷措施，尤其是DCS控制系统不能和电气及防雷接地公用接地网，并且之间的距离要满足要求。3工程实例云南昆明钢铁集团公司25MW发电项目，所采用的就是DELTAVDCS控制系统，系统所有I/O卡件的工作电压为DC24V，卡件静态毁坏电压为DC33V，一但电压超过这个电压值，卡件就有可能会被烧毁，这还与卡件承受的时间长短有关系。如果是强电，比如说AC220V窜入卡件，则卡件立即会被烧坏。在控制系统的调试过程当中，就发生了一次烧坏卡件的事情，因为项目工期比较紧，现场施工专业互相有交叉作业，仪表，电气，系统三者同时进行，现场在系统调试的同时还有电缆敷设施工，导致在电气调试的时候，出现了强电窜入卡件的情况，卡件被烧毁了。在调试过程中还出现过送/引风机反馈信号不准确的情况：系统上AO指令输出的是50%的给定量，但是动叶/静叶的反馈量很不稳定，围绕50%范围大幅度波动，在其他相同类型的AI卡件上也是一样，检查就地输出信号没有问题，后经检查是接地参考点不同地引起的。信号干扰原理图如下图一所示：图一信号回路多点接地引起的干扰图图中符号说明:IE+表示反馈信号的正；IE-表示反馈信号的负现场送/引风机的动叶/静叶调节电动门的位置信号变送器自带电源，其接地点如图所示A点，而DCS的接地点为B点，两者可能存在电势差，不对称接地在信号回路上产生电流，叠加在反馈信号（4~20mA）上。从而产生了上述反馈信号波动较大的现象，对于这种干扰，我们可以采取在信号回路中间（如图一所示的C、D点）加隔离器的方法来消除，后来加了川仪的DGG-3100隔离器，信号恢复了正常，不再频繁波动。4结束语从上述案例中可以看出，信号的干扰问题和卡件的安全隐患是非常值得我们关注的，接地是信号干扰常见的源头，很值得我们去思考。对于接地系统的设计是一个复杂的工作，最重要的是从项目开始启动就应该跟各家施工单位以及设备供货商多交流，多沟通。至此，针对DCS控制系统中信号的干扰问题和卡件的安全问题，要求我们多接触现场，熟悉现场，从各种不同的现场中多积累经验，更好的为我们以后的干扰问题的解决铺平道路。