DCS系统信号干扰与接地.pdf

科技创业 pioneering with science & technology monthly 月 刊科技创业 pioneering with science & technology monthly 月 刊 科技创业月刊2010年第9期 随着电站热控自动化水平的提高， 分散控制系统（dcs）已广泛应用于电厂 自动化控制。dcs合理、可靠的系统接 地是dcs系统正常工作的重要保证。 dcs接地可有效防止系统干扰，而dcs 接地系统的可靠性，又在很大程度上决 定了该系统抗干扰能力的强弱。 笔者就 dcs系统常见的干扰类型、接地方式及 要求进行了分析，并阐述了dcs系统抗 干扰措施。 1干扰的原因及分类 干扰是窜入或叠加在系统电源、信 号线上的与信号无关的电信号。 干扰会 造成测量的误差、严重的干扰会造成设 备损坏。 常见的干扰有以下几种： 11电阻耦合引入的干扰 当几种信号线在一起传输时，由于 绝缘材料老化， 漏电而影响到其他信 号，即在其他信号中引入干扰。 在一些 用电能作为执行手段的控制系统中（如 加热器等）信号传感器漏电，接触到带 电体，也会引入很大的干扰。 在一些执 行机构中，现场端采用220v供电，由于 设备烧坏而造成电源与信号线间短路， 也会造成较大的干扰。 由于接地不合 理，例如在信号线的两端接地，会因为 地电位差而产生较大的干扰。 信号线的 两端同时接地，这样，如果两点的距离 较远，则可能会有较大的电位差，这个 电位差可能会在两端之间的信号线上 产生一个很大的环流。 12电容电感耦合引入的干扰 在控制系统中，往往很多信号同时 接入dcs， 这些信号线或者走电缆槽， 或者走电缆管，造成现场很多根信号在 一起走线。 这些信号之间均有分布电容 存在，会通过这些分布电容将干扰加到 别的信号线上。 同时，在交变信号线的 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。 13dcs供电线路上引入的干扰 电厂大型电气设备启动频繁，大的 开关装置动作也较频繁，这些电动机的 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 既可以通过在信号线上耦合产生干扰， 也可能通过电源线上产生高频干扰，这 些干扰如果超过容许范围， 也会影响 dcs系统的工作。 14雷击引入的干扰 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。 系统受雷击干扰有两种方式：架 空电源线， 信号线可能会遭受雷击，另 一种是信号电缆附近受到雷击，通过分 布电容和电感耦合到信号线，在信号线 上产生一个很大的脉冲干扰，有时甚至 会烧坏设备，影响人员安全。 针对不同 的干扰原因， 可以采用两种措施防雷 击： 对于耦合干扰，可用金属电缆管 或槽铺设信号线，电缆管或金属槽有很 好的接地；对于架空信号线，则必须 在计算机输入端子处采取防雷措施，如 装避雷器，加压敏电阻、较强的滤波电 路等来抑制其干扰。 2干扰抑制消除的方法 以上列举分析了产生干扰的几种 原因，这些干扰如果得不到很好的抑制 和防止， 轻则影响系统的测量技术精 度，因而使正常的控制无法实现，重则 会造成设备损坏，笔者在长期的工程实 践中总结出了很多干扰抑制的方法，方 法如下： 21隔离方法 （1）保证信号线绝缘。 使所有的信 号线很好地绝缘，确保不漏电。 这样，可 有效防止由于接触引入的干扰。 （2）电缆分层敷设。 将不同种类的 信号线分层敷设，也就是动缆、控缆分 层敷设。 （3）电气隔离。 还有一种隔离是将 信号源同dcs在电气上进行隔离，这 样，会大大地减小共模干扰对计算机造 成的危害。 用隔离放大器将信号的输入 端子与计算机部分完全隔离（有的系统 中采用隔离变压器，或继电器等方式隔 离， 对开关量则可以采用光电器件，或 继电器进行隔离）。 这样，由于电位不同 所产生的干扰信号形不成回路，抑制了 干扰的危害。 （4）供电系统的隔离。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。 dcs 系统信号干扰与接地 王森张春友 （河北省电力建设第一工程公司河北石家庄050000） 摘要：接地系统在dcs安装和应用过程中是很重要的一环，很多令人费解的故障现象往往都是系 统接地不良引起的，各种干扰影响着dcs准确可靠测量。对常见的信号干扰类型进行了分析，并对dcs系 统接地的分类及接地方式进行了说明。 同时对电厂常见的由于dcs接地引起的信号跳变现象进行了分 析，并提出了解决方案。 关键词：dcs系统；信号干扰；接地 中图分类号：tp273 文献标识码：a 收稿日期：20100705 178 pioneering with science & technology monthly no.92010 图1接地方式 22屏蔽 屏蔽是用金属（屏蔽体）把电场或 磁场等外界干扰阻止在受干扰物之外。 现场中常用的屏蔽手段是采用屏 蔽电缆。 使用屏蔽电缆时，应注意进入 dcs的信号电缆应采用单点接地的方 式。 当屏蔽电缆有中继点时，在中继处 应注意屏蔽层的连续性。 为保证屏蔽层 一点接地，屏蔽层外应有良好的绝缘性 能。 23绞线 用双绞线代替两根平行导线是抑 制磁场干扰的有效办法。 每个小绞纽环 中会通过交变的磁通，而这些变化磁通 会在周围的导体中产生电动势，它由电 磁通感应定律决定。 分析得知，相邻绞 纽环中在同一导体上产生的电动势方 向相反，相互抵消，这对电磁干扰起到 较好的抑制作用。 3dcs接地 接地就是将电路、单元与充作信号 公共参考点的一等位点或等位面实现 低阻抗连接。 接地系统能否符合规程要 求， 主要指标是接地电阻大小，dcs接 地电阻一般小于4。 具体dcs接地电 阻值，因不同的dcs厂家而不同，以制 造厂要求为准。 31dcs接地的要求 在dcs安装及使用中，必须遵循以 下要求： 不得通过非dcs设备接地，不 得接到高压设备所用的接地点，非系统 设备不得通过dcs系统接地，不得把接 地接到结构件上。 32dcs接地的分类 321保护接地 保护接地是将dcs中平时不带电 的金属部分（机柜外壳，操作台外壳等） 与地之间形成良好的导电连接，以保护 设备和人身安全。原因是dcs的供电是 强电供电，通常情况下机壳等是不带电 的，当故障发生（如主机电源故障或其 它故障）造成电源的供电火线与外壳等 导电金属部件短路时，这些金属部件或 外壳就形成了带电体，如果没有很好的 接地，那么这带电体和地之间就有很高 的电位差，如果人不小心触到这些带电 体，那么就会通过人身形成通路，产生 危险。 因此，必须将金属外壳和地之间 作很好的连接，使机壳和地等电位。 此 外，保护接地还可以防止静电的积聚。 322工作接地 工作接地是为了使dcs以及与之 相连的仪表均能可靠运行并保证测量 和控制精度而设的接地。 不同资料对工 作接地的分类和表述不同，一般分为逻 辑地、信号地、系统地和屏蔽地。 33dcs接地方式 dcs系统一般接地方式包括：利用 电气接地网作为dcs接地网，即与电气 接地网共地；设dcs系统专用独立的接 地网；设dcs专用接地网，经接地线、再 接至电气接地网（见图1）。 信号屏蔽及其接地。 根据有关技术 规定要求，计算机或dcs系统信号电缆 的屏蔽层不得浮空，必须接地，其接地 方式应符合下列规定： 当信号源浮空 时，屏蔽层应在计算机侧接地；当信号 源接地时，屏蔽层应在信号源侧接地。 34dcs接地原则 3.4.1dcs系统设置的接地装置 操作台、打印台、服务器柜：设有保 护地螺钉。 继电器柜、ups柜、配电柜： 设有保护地螺钉。dcs的io机柜：设 有屏蔽接地汇流排，保护地螺钉。 系统 地（ 24v地）悬浮。 仪表柜、手操盘台： 设有屏蔽地接地汇流排， 保护地螺钉。 安全栅柜： 设有屏蔽地接地汇流排，本 安地接地汇流排，保护地螺钉（见图2）。 3.4.2信号屏蔽及其接地 根据有关技术规定要求，计算机或 dcs系统信号电缆的屏蔽层不得浮空， 必须接地， 其接地方式应符合下列规 定；当信号源浮空时，屏蔽层应在计算 机侧接地；当信号源接地时，屏蔽层应 在信号源侧接地；当屏蔽电缆途经接线 盒分断或合并时，应在接线盒内将其两 端电缆的屏蔽层连接。 dcs系统信号电缆的选择与敷设， 应严格按照有关规定执行。 屏蔽电缆的 屏蔽层应按以上要求进行接地。 为了提 高dcs系统的抗干扰能力，dcs系统开 关量输入输出信号， 选用阻燃型对绞 铜网屏蔽计算机电缆还是比较恰当的。 35接地安装规范 3.5.1电源系统 电源 系 统 由 于 已 经有地线和电气地连 接在一起，可以采用浮 地方式供电。 （1）采用专用配电 箱。 配电箱应安装在控 制室的电源进线处，接 地线应与电气地相连 或就近接地。 （2 ）配 ups的电源 系统。由于ups交流输 入端、输出端中的接地 线已连在一起，且与外 壳相连，因此在配线时 注意：ups输入端的接 地线单独与供电系统 电气地相连，无电气地 时， 应在交流电源进线处就近接地，不 要引到dcs系统中；ups交流输出端只 引出相线和零线与控制站或操作站开 关电源相连；ups外壳不能与控制站或 操作站外壳相连或碰在一起。 （3）不配ups的电源系统。 只须引 出相线和零线与控制站或操作站开关 电源相连。 3.5.2操作站和控制站接地 （1）基本接地方法。 控制站和操作 站应远离避雷泻流通路，其整个接地网 和避雷接地点的最短距离应大于15m。 （2）控制站接地。 控制站机柜的正 面底部装有一根接地汇流铜条，控制站 内部的三地都连接在该铜条上。 控制站 安装到位后其任何金属部件应和大地 处于悬浮状态， 包括固定用地脚螺栓， 以利于系统的一点接地。 控制站开关电 源接地：它主要是指开关电源的交流侧 （下转第182 页） 应用技术应用技术 dcs系统信号干扰与接地 179 科技创业 pioneering with science & technology monthly 月 刊科技创业 pioneering with science & technology monthly 月 刊 科技创业月刊2010年第9期 接地与直流侧接地。 交流侧接地是将交 流进线侧的电气保护地引到机柜gnd 或铜条，直流接地侧则是将直流侧地通 过dcs机笼供电端子的地端引到机柜 gnd铜条。 （3）操作站接地。 操作台底部安装 有一根接地汇流排，安全地即外壳连接 到此汇流排上。 它的任何金属部件应和 大地处于浮置状态，以利于系统的一点 接地。 操作站上都提供接地螺栓，此点 为系统的三地。 36电气系统进入dcs信号接地 根据电气专 业相关规范的规 定， 当采用静态 保护时， 采用屏 蔽电缆时屏蔽层 宜在两端接地 。 故电气与热控专 业对于电缆屏蔽 层接地的规定产 生了矛盾。 对于通过电 容耦合的电场干扰，一点接地即可大大 降低干扰电压，发挥屏蔽作用。 对于通 过感应耦合的磁场干扰，传递信号的屏 蔽双绞线两线上感应的干扰电压接近 相等且方向相反，在应用回路中是互相 抵消的。 37dcs接地注意事项 现场控制站：接地螺丝因机柜本体 与底座间有胶皮形成绝缘，屏蔽地汇流 排与底座间绝缘，现场控制站必须按规 定做好接地处理。 即分别接至现场控制 站接地汇流排上。io柜的电源地与 ups的电源地必须接至同一个地，保证 等电位。 现场控制站：操作员站、工程师 站、网络交换机、服务器主机、系统显示 器等采用外壳接地或直接将电源地线 连接至电气接地网。io模件：模拟量模 件的40端即直流24伏的负端接至逻 辑地汇流排上，逻辑地汇流排接至屏蔽 地，再接入总接地汇流排。 现场控制站 的保护地应从机柜下方的接地螺钉接 至接地分干线，现场控制站的屏蔽地应 从接地汇流排接至公共连接板。 接地系 统的电阻必须进行测试，以保证接地能 满足控制系统制造商的要求。 4结语 dcs系统可靠运行是机组稳定运 行、安全监控的重要前提。 为此在dcs 安装及调试过程中，一定要确保dcs接 地正确可靠，接地电阻值符合设计及厂 家要求，同时测量回路按照正确的屏蔽 接线方式进行单端接地。 （责任编辑晓 天） 图2dcs接地系统图 （上接第179 页） 精确的转换参数， 将采用网络rtk的 形式联测已施测计算的gpsd、e级控 制点作为转换起算点，这次转换起算点 共联测了14个高等级点，用这14个点 求得了一套四参数法转换参数，全部转 换得到5s点1980西安坐标系成果，转 换的精度平面点位中误差：00159m 。 这 说明转换参数精度可靠，转换的控制点 精度可以满足设计及相关规范要求。 35高程控制 （1）gpsd、e控制网的高程成果的 合并计算。将其纳入到广东省连续运 行卫星定位服务系统内，在控制网所涉 及范围的周边和中部附近选取gpsd、 e级控制点8个进行gps联测，正常观 测时间均超过35h，观测的点号分别是 sd02、sd12、sd13、sd17、sd27、sd35、 sd39和sd51；将上述数据与广东省 连续运行卫星定位服务系统基准站数 据进行基线解算和联合平差，计算出本 gpsd、e级控制网与广东省框架网系 统一致的空间坐标，并应用广东省精化 大地水准面成果求算出整网控制点正 常高；为了检核广东省精化大地水准 面成果在四会市的符合情况，在整个项 目范围的周边和中部附近以四等水准 的方式将正常高联测到gpsd、e级网 中去，进行常规水准高程和精化大地水 准面高程的精度检核，这样的点数为12 个。 （2） 水准点联测与gps控制网： 用四等水准配合三角高程的方式将水 准正常高联测到gpsd、e级控制点 上，这种点联测了8个，分别为e