关键字： DCS系统，信号干扰，接地
1 引言
DCS系统在安装和后续使用过程中，干扰信号的抑制和接地问题是影响其有效性的重要环节，大量案例表明，DCS系统运行过程中，如出现大量原因不明的故障问题，很大程度上是因为接地不良。另一方面，接地工作质量不合格，还可能引发雷击，供电线路，电阻耦合等多种信号干扰。实践中常采用屏蔽，隔离等多种手段抑制干扰信号，但应用效果有限，需要开展深入的研究。
2 DCS系统信号干扰分类
与正常信号无关的叠加或串入信号称之为干扰信号，干扰信号严重时会造成设备损坏，常见的DCS系统干扰信号主要包括以下几种。
2.1 电阻耦合导致的信号干扰
当多种信号在同一根线缆中进行传输时，如果发生绝缘材料的老化而导致漏电，进而影响正常信号传输，即引入了干扰信号。在使用电信号作为执行手段的多数控制系统中，如信号传感器漏电，同样会引入较强的干扰信号。另一方面，供电设备烧坏导致线路与电源之间的短路，同样会在DCS系统中引入电镀干扰。最后接地质量不合格，导致信号两端接地，从而引起低电位差引发的线路内环流，进而导致信号干扰。
2.2 雷击干扰
雷击是一种非常强烈的电能释放过程，会在其影响范围内形成强烈的电磁干扰，，通常情况下，雷击对DCS系统的干扰分为以下两种，（1）雷击直接影响建筑外部的信号线，从而引起信号干扰；（2）雷击在信号线周围发生，通过电感设备和分布式电容传导到信号线内，产生瞬时高能量的电磁脉冲干扰。雷击是一种常见的信号干扰源，为了避免雷击信号干扰，可以采用信号线槽铺或者安装金属电缆管等手段，同时确保电缆管或金属槽的接地性能良好；对于架空信号线，需安装避雷器，同时在控制元件周围使用防雷信号机，确保设备的正常运行。
2.3 供电线路干扰
电厂中的大型设备如进行频繁的开启和关闭，由于其控制的能量场较强，会在周围产生瞬时强交变磁场，交电磁场会在信号线和供电线路上产生耦合。分析研究该种交电磁场产生的干扰信号，主要表现在高频信号干扰上。针对于供电线路的信号干扰，可在线路中增加变压器，保证在设备开关时电压波动在正常范围内。
2.4 电容电感耦合信号干扰
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。与此同时交变信号线周围容易产生交变磁通，进而在并行的导体之间产生电动势，最终影响线路中的信号传输。
3 干扰抑制和消除方法
3.1 隔离
（1）提升信号线的绝缘等级，并保证所有的信号线接力性能良好，定期检查其是否漏电。上述措施对于接触引入的干扰信号具有很强的抑制作用。
（2）缆线分层敷设。在DCS系统中进行分层电缆敷设，主要是区分控制缆线和动力缆线。
（3）电气隔离。电气隔离主要针对共模干扰对控制元器件造成的影响，主要使用的设备是隔离放大器，以实现计算机部分和输入信号部分的完全隔离。部分场景下也可使用隔离变压器或继电器。其原理是抑制电位不同所形成的回路，从根本上抑制了干扰信号的产生。
（4）供电系统隔离。为都可以有效避免供电线路上的共模高频信号干扰，可在供电线路的适当位置安装隔离变压器。
3.2 屏蔽
借助于金属等材料制成的屏蔽器，将电场和磁场等干扰源屏蔽在保护原器件之外。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆现实中常用的屏蔽手段是屏蔽电缆，但应注意，接入DCS系统中的信号电缆，建议采用单点接地方式，如在屏蔽电缆中存在中继点，应保证屏蔽层的连续性和绝缘性。
3.3 绞线
使用绞线的方式以替代平行导线是抑制电磁场干扰的有效方法。每个绞纽环在运行过程中会产生交变的磁通，而变化的磁通会与周围环境中的干扰电动势相互抵消，从而起到很好的干扰信号抑制作用。
4 DCS系统接地问题分析
接地指的是实现作为对信号公共参考点的等位点与电路和内部供电单元之间的低阻抗连接。在DCS系统中，一般情况下该低阻抗连接要求其电阻值小于4Ω，如厂家有特殊要求，应按照出厂条件进行设置。
4.1 DCS系统接地的分类
在现有技术条件下，按照接地操作的目的不同，DCS系统接地主要分为工作性接地和保护性接地两大类操作的目的不同，工作性接地主要应用于DCS系统和测量元器件之间的接地处理上，主要的目的是保证测量相关仪表的控制精度和测量精度。工作性接地在不同的文献中表述略有差异，通常包括屏蔽地、信号地和逻辑地等类型。
保护性接地指的是在DCS系统一般工作状态下，保证金属元器件与大地之间的接地性能良好，以避免故障导致的短路问题，DSC系统需要强点进行供电，一般情况下金属外壳不带电，但是在主机电源故障或其他故障发生时，金属外壳就变成了带电体，此时如不能保证很好的接地性，则造成了带电器和低电势之间的高电位差，给接触的工作人员造成危险。
4.2 DCS系统接地原则
首先，需避免DCS系统电缆屏蔽层的浮空状态，确保接地有效。在信号源处于浮空状态下，应保证计算机和电缆屏蔽层一侧的接地；在信号源处于接地状态时，则应在信号屏蔽层进行接地操作。其次，使用阻燃型的铰网对计算机电缆进行屏蔽处理，可有效提升电线电缆敷设作用的有效性。
4.3 接地安装要点
（1）电源安装。在电源系统已经通过地线和电气设备相连时，可使用浮地方式供电。在使用专有配电箱的系统中，配电箱应安装在电源的进线位置，接地线应采用就地接地方式。，在使用UPS电源的系统中，接力线已经与电源的输出端和输入端相连，因此在使用配线时应注意，供电系统的电气接地应单独与UPS输入端的接地线相连，不能引入到DCS系统中；Ups交流电输出端应与控制站或操作站电源相连；UPS电源的外壳不能与操作站或控制量外壳相连。
（2）控制站和操作站接地。控制站和操作站应安装在远离避雷泄流流通路的地方，建议其相隔距离应在15米以上。控制在内部的接地线都应与机柜正面底部的接地汇流铜条相连。在控制站安装完成后，其中所有的金属部件都需要与大地处于悬浮状态。控制站的开关电源接电是指电源的交流一侧和直流一侧同时接地。交流一侧接地应使用铜条连接电气保护接地引线，直流一侧接地可使用供电端子的地线一端与机柜GND铜条相连。
通常情况下，操作台的底部有一根接地汇流插排，接地时应将外壳与该插排相连，其中操作站内部的金属元器件需要和大地处于悬浮状态。
（3）DCS系统接入电气系统时注意事项。根据相关的接地操作规章要求，如使用静态保护，要保证屏蔽层和屏蔽电缆两端接地。对于存在较强电容耦合干扰的DCS系统中，建议使用一点接地方式，提升屏蔽作用，降低干扰信号。对于信号干扰，双绞线方式可产生方向相反电压接地的信号与干扰信号相互抵消。
5 结语
DSC系统在工矿企业中发挥着重要的作用，DSC系统的可靠运行是保证机组稳定安全的重要前提。为保证其工作性能，应尽量降低信号干扰强度并保证接地质量。本文就DCS系统的干扰信号抑制方法和接地手段进行了深入探讨，在实际生产中应加强信号干扰的抑制工作，提升系统信号传输指标，同时确保接地质量，避免危险产生。
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[2]呼斯乐,韩晓磊,蔺旭森,窦云朋.DCS系统信号干扰与接地问题探讨[J].科技创新导报,2017,14(01):44-45.
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作者简介：林立（1985.01--）；性别：男，籍贯：四川省武胜县，学历：本科，现有职称：中级工程师；研究方向：电气工程。
论文作者: 林立 巨亮
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年4期
论文发表时间:2020/4/14
标签：信号论文; 干扰论文; 系统论文; 屏蔽论文; 信号线论文; 电缆论文; 抑制论文; 《工程管理前沿》2020年4期论文;