DCS系統(tǒng)的抗干擾要求研究詳細講解

摘要：制約電廠DCS系統(tǒng)安全、穩(wěn)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(shè)、接地系統(tǒng)的 設(shè)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(jié)合工程設(shè)計經(jīng)驗，闡述了這三方面的抗干擾設(shè)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。

1 引言

分散控制系統(tǒng)（DCS）已在大型火力發(fā)電廠廣泛應用，并取得諸多經(jīng)驗；對于中小型的企業(yè)自備火電廠或區(qū)域熱電廠，DCS系統(tǒng)的應用正在逐步推廣，但其設(shè)計、施工及維護經(jīng)驗 尚有欠缺，需要不斷摸索和總結(jié)。

其DCS系統(tǒng)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(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性與可靠性，由于技術(shù)儲備不夠完善和人員運行經(jīng)驗欠缺，中小型火電廠更應重視此點。電源穩(wěn)定供應、信號正確分類及電纜合理敷設(shè)、接地有效 實施作為抑制干擾、提高系統(tǒng)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(fā)廠DCS系統(tǒng)對電源、信號、接地的抗干擾要求，結(jié)合工程經(jīng)驗，闡述了這三方面的抗干擾設(shè)計方案，提出了施工及維護中的一些注意事項，供項目設(shè)計、施工以及維護參考，以便實現(xiàn)DCS的有效投入，保證電廠安全穩(wěn) 定運行。

為提高電廠DCS系統(tǒng)的測量水平和控制精度，保證控制系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運行，熱控專業(yè)在設(shè)計、施工、維護階段必須合理考慮DCS系統(tǒng)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(tǒng)必須滿足的最基本條件。首先在前期設(shè)計中在沒選擇電源和開關(guān)型號時，充分考慮所有設(shè)備最大工作電流，并留出足夠余量，方便日后增加設(shè)備。其次在選擇電源線路時，不僅要求根據(jù)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(xù)性是DCS穩(wěn)定運行的前提。DCS供電 系統(tǒng)除給DCS供電外，不應再接入其他系統(tǒng)和設(shè)備，如果無 法實現(xiàn)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(xiàn)。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(shè)自動電源切投裝置，切投時間應確保不影響控制系統(tǒng)的運行。任何一路電源失去或故障不應引起控 制系統(tǒng)任何部分的故障、數(shù)據(jù)丟失或異常動作；任何一路電源失去都應在控制系統(tǒng)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(guān)量輸入信號；脈沖量輸入信號；24VDC小于50 mA的阻性負載開關(guān)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(guān)量輸出信號。

④Ⅳ類信號：110VAC或220VAC開關(guān)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(guān)動作瞬間會成為強烈的干擾源，通過空間環(huán)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(shè)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(lián)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(guān)量輸出信號線、電源線、動力線等電纜與直接進入DCS系統(tǒng)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(tǒng)提供一個統(tǒng)一的、公共的、以大地為零的基準電壓參考點。當供電或設(shè)備出現(xiàn)故障時，通過有效的接地系統(tǒng)承受過載電流，并迅速傳至大地，保證人員和設(shè)備的安全。此外，接地系統(tǒng)還為DCS設(shè)備提供屏蔽、消除干擾。Dcs系統(tǒng)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(shè)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(tǒng)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(wěn)定的電位，以保證信號傳輸?shù)目煽?性和準確性。③屏蔽接地（AG）：也叫模擬接地，它可把現(xiàn)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(shè)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(qū)域點火源的能量，實現(xiàn)本安保護。

DCS接地系統(tǒng)，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(zhì)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(shè)計DCS接地系統(tǒng)，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(shè)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(tǒng)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(tǒng)是否完全獨立等。如：Honeywell公司的TPS系統(tǒng)要求接地系統(tǒng)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(qū)電氣接地網(wǎng)接地電阻小于等于4Ω時，DCS接地網(wǎng)可直接接人廠區(qū)電氣接地網(wǎng)。

針對DCS廠家不同要求和行業(yè)規(guī)范規(guī)定不一致的情況，結(jié)合工程項目實際經(jīng)驗，DCS接地系統(tǒng)的設(shè)計與施工建議如下考慮：

①當電廠電氣接地網(wǎng)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(wǎng)，DCS系統(tǒng)接地點與電氣接地極距離不小于5Ω，與防雷接地系統(tǒng)接地極距離不小于10Ω。

②當電廠電氣接地網(wǎng)接地電阻值較大或DCS廠家有特殊要求時，應獨立設(shè)置DCS接地系統(tǒng)，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(tǒng)，宜獨立設(shè)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(wǎng)或其他儀表系統(tǒng)接地網(wǎng)之間的距離不宜小于5Ω。