DCS系統的抗干擾要求研究 _知識百科

摘要：制約電廠DCS系統安全、穩定、可靠運行的重要干擾因素是電源供應、信號歸類及電纜敷設、接地系統的設計、施工及維護問題；通過分析DCS對電源、信號、接地的抗干擾要求，結合工程設計經驗，闡述了這三方面的抗干擾設計方案，提出了施工及維護中的一些注意事項以供項目參考。關鍵詞：中小型火力發電廠；DCS；抗干擾；接地
1 引言
分散控制系統（DCS）已在大型火力發電廠廣泛應用，并取得諸多經驗；對于中小型的企業自備火電廠或區域熱電廠，DCS系統的應用正在逐步推廣，但其設計、施工及維護經驗尚有欠缺，需要不斷摸索和總結。
其DCS系統面臨的重要問題之一就是如何有效地抑制干擾，提高控制系統的安全性、穩定性與可靠性，由于技術儲備不夠完善和人員運行經驗欠缺，中小型火電廠更應重視此點。電源穩定供應、信號正確分類及電纜合理敷設、接地有效實施作為抑制干擾、提高系統可靠性的有效方法，值得廣泛探討與研究。
通過分析中小型火發廠DCS系統對電源、信號、接地的抗干擾要求，結合工程經驗，闡述了這三方面的抗干擾設計方案，提出了施工及維護中的一些注意事項，供項目設計、施工以及維護參考，以便實現DCS的有效投入，保證電廠安全穩定運行。
2 DCS系統抗干擾要求
為提高電廠DCS系統的測量水平和控制精度，保證控制系統的安全、穩定、可靠運行，熱控專業在設計、施工、維護階段必須合理考慮DCS系統在電源、信號、接地方面的抗干擾要求。
2.1 電源要求
電源安全性是任何供電系統必須滿足的最基本條件。首先在前期設計中在沒選擇電源和開關型號時，充分考慮所有設備最大工作電流，并留出足夠余量，方便日后增加設備。其次在選擇電源線路時，不僅要求根據電流容量選擇合適線徑，而且要求有足夠機械強度，具有防腐性，并且能夠阻燃。
電源可靠性和連續性是DCS穩定運行的前提。 DCS供電系統除給DCS供電外，不應再接入其他系統和設備，如果無法實現獨立電源，那么可以通過加裝電源隔離裝置的方法（常用UPS不間斷電源）來實現。供電電源應有兩路電源供電，一路應采用交流不問斷電源（UPS），另一路來自廠用低壓工作段電源。兩路電源宜設自動電源切投裝置，切投時間應確保不影響控制系統的運行。任何一路電源失去或故障不應引起控制系統任何部分的故障、數據丟失或異常動作；任何一路電源失去都應在控制系統獲得報警。
2.2信號要求
DCS的輸入、輸出信號線是干擾信號進入DCS的途徑之一，一般來說信號越弱受干擾的影響越大。首先應對信號分類如下：
①I類信號：熱電阻信號、熱電偶信號、毫伏信號、應變信號等低電平信號。
②Ⅱ類信號：0～5 V、1～5 V、4～20 mA、0～10 mA模擬量輸入信號；4～20 mA、0～10 mA模擬量輸出信號；電平型/觸點型開關量輸入信號；脈沖量輸入信號；24VDC小于50 mA的阻性負載開關量輸出信號。
③Ⅲ類信號：24V～48VDC感性負載或電流大于50 mA的阻性負載的開關量輸出信號。
④Ⅳ類信號：110VAC或220VAC開關量輸出信號，此類信號的饋線可視作電源線處理布線的問題。
其中，I類信號很容易被干擾，Ⅱ類信號容易被干擾，而Ⅲ和Ⅳ類信號在開關動作瞬間會成為強烈的干擾源，通過空間環境干擾附近的信號線。
為了有效減小各個信號之間的干擾，不同類型的信號電纜與DCS相連時，信號電纜的設計和布置應滿足以下原則：
①對于I類信號電纜，最好采用屏蔽雙絞電纜。
②對于Ⅱ類信號，盡可能采用屏蔽電纜，其中Ⅱ類信號中用于控制、聯鎖的模入/模出信號、開入信號，必須采用屏蔽電纜。
③對于Ⅳ類信號嚴禁與I、Ⅱ類信號捆在一起走線，應作為220 V電源線處理，與電源電纜一起走線，有條件時建議采用屏蔽雙絞電纜。
④對于Ⅲ類信號，允許與220V電源線一起走線（即與Ⅳ類信號相同），也可以與I、Ⅱ類信號一起走線。但在后者情況下Ⅲ類信號必須采用屏蔽電纜，最好為屏蔽雙絞電纜，且與 I、Ⅱ類信號電纜相距15cm以上。
⑤屏蔽電纜的屏蔽層必須只有一點接地，并且要接地良好。
⑥絕對禁止大功率的開關量輸出信號線、電源線、動力線等電纜與直接進入DCS系統的I、Ⅱ類信號電纜并行捆綁。
⑦絕對禁止采用一根多芯電纜中的部份芯線用于傳輸I類或Ⅱ類的信號，另外部分芯線用于傳輸Ⅲ類或Ⅳ類信號。
⑧嚴禁同一信號的幾芯線分布在不同的幾條電纜中（如三線制的熱電阻）。
2.3接地要求
接地給整個系統提供一個統一的、公共的、以大地為零的基準電壓參考點。當供電或設備出現故障時，通過有效的接地系統承受過載電流，并迅速傳至大地，保證人員和設備的安全。此外，接地系統還為DCS設備提供屏蔽、消除干擾。 Dcs系統具有2種接地方式：保護接地和工作接地（邏輯接地、屏蔽接地及本安接地）。 ①保護接地（CG）：為了防止設備外殼的靜電荷積累、避免造成人身傷害而采取的保護措施。 ②系統接地：使DCS信號建立一個基準點，該基準點接地是為了使基準點保持較穩定的電位，以保證信號傳輸的可靠性和準確性。 ③屏蔽接地（AG）：也叫模擬接地，它可把現場信號傳輸時所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號精度。 ④本安接地：齊納安全柵專設的接地。當本安回路電流、電壓過大，安全柵的保險絲熔斷，限制危險區域點火源的能量，實現本安保護。
DCS接地系統，由接地連接和接地裝置兩部分組成。接地連接包括不同性質的接地連線、接地匯流排、接地分干線、接地匯總板和接地干線等；接地裝置包括總接地板、接地總干線和接地極等。
為了合理設計DCS接地系統，需要引入連接電阻、對地電阻和接地電阻的概念。連接電阻：從設備的接地端子到總接地板之間導體及連接點電阻的總和；接地極對地電阻：接地極的電位與通過接地極流人大地的電流之比；接地電阻：是指接地極對地電阻和總接地板、接地總干線及接地總干線兩端的連接電阻之和。
目前，各DCS廠家對接地系統有著不同的要求，但差別主要在于接地電阻值的要求和接地系統是否完全獨立等。如：Honeywell公司的TPS系統要求接地系統的接地電阻為O 。 4～ 5Ω，若無本安齊納安全柵時接地電阻小于5Ω即可；西屋公司和ABB公司的DCS均要求接地電阻小于1Ω；和利時公司的DCS要求，當廠區電氣接地網接地電阻小于等于4Ω時，DCS接地網可直接接人廠區電氣接地網。
針對DCS廠家不同要求和行業規范規定不一致的情況，結合工程項目實際經驗，DCS接地系統的設計與施工建議如下考慮：
①當電廠電氣接地網接地電阻≤4Ω時，可將DCs總接地板以單點方式接至電氣接地網，DCS系統接地點與電氣接地極距離不小于5Ω，與防雷接地系統接地極距離不小于10Ω 。
②當電廠電氣接地網接地電阻值較大或DCS廠家有特殊要求時，應獨立設置DCS接地系統，接地電阻應小于O 。 5Ω或按DCS廠家要求確定。
③本安齊納型安全柵接地系統，宜獨立設置，接地電阻小于1Ω，接地總干線的連接電阻小于0 。 1Ω 。本安接地極宜保持獨立，且與電廠電氣接地網或其他儀表系統接地網之間的距離不宜小于5Ω 。
參考文獻：
〔1〕陳波，丁永君，陳小強。浙江火電廠Dcs系統接地現狀分析及建議〔J〕。浙江電力，z008，（1）：51—54 。
【DCS系統的抗干擾要求研究】〔2〕張楨，牛玉剛。 DCS與現場總線綜述〔J〕。電氣自動化，2013，（01）：4-6+46 。