DCS系統(tǒng)的抗干擾要求研究詳細(xì)講解

摘要：制約電廠DCS系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的重要干擾因素是電源供應(yīng)、信號(hào)歸類及電纜敷設(shè)、接地系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)問(wèn)題；通過(guò)分析DCS對(duì)電源、信號(hào)、接地的抗干擾要求，結(jié)合工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，闡述了這三方面的抗干擾設(shè)計(jì)方案，提出了施工及維護(hù)中的一些注意事項(xiàng)以供項(xiàng)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(yīng)用，并取得諸多經(jīng)驗(yàn)；對(duì)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(yīng)用正在逐步推廣，但其設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)經(jīng)驗(yàn) 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(wèn)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(chǔ)備不夠完善和人員運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)欠缺，中小型火電廠更應(yīng)重視此點(diǎn)。電源穩(wěn)定供應(yīng)、信號(hào)正確分類及電纜合理敷設(shè)、接地有效 實(shí)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(guò)分析中小型火發(fā)廠DCS系統(tǒng)對(duì)電源、信號(hào)、接地的抗干擾要求，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，闡述了這三方面的抗干擾設(shè)計(jì)方案，提出了施工及維護(hù)中的一些注意事項(xiàng)，供項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工以及維護(hù)參考，以便實(shí)現(xiàn)DCS的有效投入，保證電廠安全穩(wěn) 定運(yùn)行。

為提高電廠DCS系統(tǒng)的測(cè)量水平和控制精度，保證控制系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，熱控專業(yè)在設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)階段必須合理考慮DCS系統(tǒng)在電源、信號(hào)、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(jì)中在沒(méi)選擇電源和開(kāi)關(guān)型號(hào)時(shí)，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(shí)，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(jī)械強(qiáng)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(yùn)行的前提。DCS供電 系統(tǒng)除給DCS供電外，不應(yīng)再接入其他系統(tǒng)和設(shè)備，如果無(wú) 法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立電源，那么可以通過(guò)加裝電源隔離裝置的方法（常用UPS不間斷電源）來(lái)實(shí)現(xiàn)。供電電源應(yīng)有兩路電源供電，一路應(yīng)采用交流不問(wèn)斷電源（UPS），另一路來(lái)自廠用低壓工 作段電源。兩路電源宜設(shè)自動(dòng)電源切投裝置，切投時(shí)間應(yīng)確保不影響控制系統(tǒng)的運(yùn)行。任何一路電源失去或故障不應(yīng)引起控 制系統(tǒng)任何部分的故障、數(shù)據(jù)丟失或異常動(dòng)作；任何一路電源失去都應(yīng)在控制系統(tǒng)獲得報(bào)警。

2.2信號(hào)要求

DCS的輸入、輸出信號(hào)線是干擾信號(hào)進(jìn)入DCS的途徑之一，一般來(lái)說(shuō)信號(hào)越弱受干擾的影響越大。首先應(yīng)對(duì)信號(hào)分類如下：

①I(mǎi)類信號(hào)：熱電阻信號(hào)、熱電偶信號(hào)、毫伏信號(hào)、應(yīng)變信號(hào)等低電平信號(hào)。

②Ⅱ類信號(hào)：0～5 V、1～5 V、4～20 mA、0～10 mA模擬量輸入信號(hào)；4～20 mA、0～10 mA模擬量輸出信號(hào)；電平型/觸點(diǎn)型開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)；脈沖量輸入信號(hào)；24VDC小于50 mA的阻性負(fù)載開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)。

③Ⅲ類信號(hào)：24V～48VDC感性負(fù)載或電流大于50 mA的阻性負(fù)載的開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)。

④Ⅳ類信號(hào)：110VAC或220VAC開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)，此類信號(hào)的饋線可視作電源線處理布線的問(wèn)題。

其中，I類信號(hào)很容易被干擾，Ⅱ類信號(hào)容易被干擾，而Ⅲ和Ⅳ類信號(hào)在開(kāi)關(guān)動(dòng)作瞬間會(huì)成為強(qiáng)烈的干擾源，通過(guò)空間環(huán)境干擾附近的信號(hào)線。

為了有效減小各個(gè)信號(hào)之間的干擾，不同類型的信號(hào)電纜與DCS相連時(shí)，信號(hào)電纜的設(shè)計(jì)和布置應(yīng)滿足以下原則：

①對(duì)于I類信號(hào)電纜，最好采用屏蔽雙絞電纜。

②對(duì)于Ⅱ類信號(hào)，盡可能采用屏蔽電纜，其中Ⅱ類信號(hào)中用于控制、聯(lián)鎖的模入/模出信號(hào)、開(kāi)入信號(hào)，必須采用屏蔽電纜。

③對(duì)于Ⅳ類信號(hào)嚴(yán)禁與I、Ⅱ類信號(hào)捆在一起走線，應(yīng)作為220 V電源線處理，與電源電纜一起走線，有條件時(shí)建議采用屏蔽雙絞電纜。

④對(duì)于Ⅲ類信號(hào)，允許與220V電源線一起走線（即與Ⅳ類信號(hào)相同），也可以與I、Ⅱ類信號(hào)一起走線。但在后者情況下Ⅲ類信號(hào)必須采用屏蔽電纜，最好為屏蔽雙絞電纜，且與 I、Ⅱ類信號(hào)電纜相距15cm以上。

⑤屏蔽電纜的屏蔽層必須只有一點(diǎn)接地，并且要接地良好。

⑥絕對(duì)禁止大功率的開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)線、電源線、動(dòng)力線等電纜與直接進(jìn)入DCS系統(tǒng)的I、Ⅱ類信號(hào)電纜并行捆綁。

⑦絕對(duì)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(hào)，另外部分芯線用于傳輸Ⅲ類或Ⅳ類信號(hào)。

⑧嚴(yán)禁同一信號(hào)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(gè)系統(tǒng)提供一個(gè)統(tǒng)一的、公共的、以大地為零的基準(zhǔn)電壓參考點(diǎn)。當(dāng)供電或設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)有效的接地系統(tǒng)承受過(guò)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(hù)接地和工作接地（邏輯接地、屏蔽接地及本安接地）。①保護(hù)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(hù)措施。②系統(tǒng)接地：使DCS信號(hào)建立一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，該基準(zhǔn)點(diǎn)接 地是為了使基準(zhǔn)點(diǎn)保持較穩(wěn)定的電位，以保證信號(hào)傳輸?shù)目煽?性和準(zhǔn)確性。③屏蔽接地（AG）：也叫模擬接地，它可把現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)傳輸時(shí)所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號(hào)精度。④本安接地：齊納安全柵專設(shè)的接地。當(dāng)本安回路電流、電壓過(guò)大，安全柵的保險(xiǎn)絲熔斷，限制危險(xiǎn)區(qū)域點(diǎn)火源的能量，實(shí)現(xiàn)本安保護(hù)。

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(jì)DCS接地系統(tǒng)，需要引入連接電阻、對(duì)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(dǎo)體及連接點(diǎn)電阻的總和；接地極對(duì)地電阻：接地極的電位與通過(guò)接地極流人大地的電流之比；接地電阻：是指接 地極對(duì)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(duì)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(dú)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(wú)本安齊納安全柵時(shí)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(shí)公司的DCS要求，當(dāng)廠區(qū)電氣接地網(wǎng)接地電阻小于等于4Ω時(shí)，DCS接地網(wǎng)可直接接人廠區(qū)電氣接地網(wǎng)。

針對(duì)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(xiàng)目實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，DCS接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工建議如下考慮：

①當(dāng)電廠電氣接地網(wǎng)接地電阻≤4Ω時(shí)，可將DCs總接地板以單點(diǎn)方式接至電氣接地網(wǎng)，DCS系統(tǒng)接地點(diǎn)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(dāng)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(shí)，應(yīng)獨(dú)立設(shè)置DCS接地系統(tǒng)，接地電阻應(yīng)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(dú)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(dú)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。