DCS系统的抗干扰要求研究 _知识百科

摘要：制约电厂DCS系统安全、稳定、可靠运行的重要干扰因素是电源供应、信号归类及电缆敷设、接地系统的设计、施工及维护问题；通过分析DCS对电源、信号、接地的抗干扰要求，结合工程设计经验，阐述了这三方面的抗干扰设计方案，提出了施工及维护中的一些注意事项以供项目参考。关键词：中小型火力发电厂；DCS；抗干扰；接地
1 引言
分散控制系统（DCS）已在大型火力发电厂广泛应用，并取得诸多经验；对于中小型的企业自备火电厂或区域热电厂，DCS系统的应用正在逐步推广，但其设计、施工及维护经验尚有欠缺，需要不断摸索和总结。
其DCS系统面临的重要问题之一就是如何有效地抑制干扰，提高控制系统的安全性、稳定性与可靠性，由于技术储备不够完善和人员运行经验欠缺，中小型火电厂更应重视此点。电源稳定供应、信号正确分类及电缆合理敷设、接地有效实施作为抑制干扰、提高系统可靠性的有效方法，值得广泛探讨与研究。
通过分析中小型火发厂DCS系统对电源、信号、接地的抗干扰要求，结合工程经验，阐述了这三方面的抗干扰设计方案，提出了施工及维护中的一些注意事项，供项目设计、施工以及维护参考，以便实现DCS的有效投入，保证电厂安全稳定运行。
2 DCS系统抗干扰要求
为提高电厂DCS系统的测量水平和控制精度，保证控制系统的安全、稳定、可靠运行，热控专业在设计、施工、维护阶段必须合理考虑DCS系统在电源、信号、接地方面的抗干扰要求。
2.1 电源要求
电源安全性是任何供电系统必须满足的最基本条件。首先在前期设计中在没选择电源和开关型号时，充分考虑所有设备最大工作电流，并留出足够余量，方便日后增加设备。其次在选择电源线路时，不仅要求根据电流容量选择合适线径，而且要求有足够机械强度，具有防腐性，并且能够阻燃。
电源可靠性和连续性是DCS稳定运行的前提。 DCS供电系统除给DCS供电外，不应再接入其他系统和设备，如果无法实现独立电源，那么可以通过加装电源隔离装置的方法（常用UPS不间断电源）来实现。供电电源应有两路电源供电，一路应采用交流不问断电源（UPS），另一路来自厂用低压工作段电源。两路电源宜设自动电源切投装置，切投时间应确保不影响控制系统的运行。任何一路电源失去或故障不应引起控制系统任何部分的故障、数据丢失或异常动作；任何一路电源失去都应在控制系统获得报警。
2.2信号要求
DCS的输入、输出信号线是干扰信号进入DCS的途径之一，一般来说信号越弱受干扰的影响越大。首先应对信号分类如下：
①I类信号：热电阻信号、热电偶信号、毫伏信号、应变信号等低电平信号。
②Ⅱ类信号：0～5 V、1～5 V、4～20 mA、0～10 mA模拟量输入信号；4～20 mA、0～10 mA模拟量输出信号；电平型/触点型开关量输入信号；脉冲量输入信号；24VDC小于50 mA的阻性负载开关量输出信号。
③Ⅲ类信号：24V～48VDC感性负载或电流大于50 mA的阻性负载的开关量输出信号。
④Ⅳ类信号：110VAC或220VAC开关量输出信号，此类信号的馈线可视作电源线处理布线的问题。
其中，I类信号很容易被干扰，Ⅱ类信号容易被干扰，而Ⅲ和Ⅳ类信号在开关动作瞬间会成为强烈的干扰源，通过空间环境干扰附近的信号线。
为了有效减小各个信号之间的干扰，不同类型的信号电缆与DCS相连时，信号电缆的设计和布置应满足以下原则：
①对于I类信号电缆，最好采用屏蔽双绞电缆。
②对于Ⅱ类信号，尽可能采用屏蔽电缆，其中Ⅱ类信号中用于控制、联锁的模入/模出信号、开入信号，必须采用屏蔽电缆。
③对于Ⅳ类信号严禁与I、Ⅱ类信号捆在一起走线，应作为220 V电源线处理，与电源电缆一起走线，有条件时建议采用屏蔽双绞电缆。
④对于Ⅲ类信号，允许与220V电源线一起走线（即与Ⅳ类信号相同），也可以与I、Ⅱ类信号一起走线。但在后者情况下Ⅲ类信号必须采用屏蔽电缆，最好为屏蔽双绞电缆，且与 I、Ⅱ类信号电缆相距15cm以上。
⑤屏蔽电缆的屏蔽层必须只有一点接地，并且要接地良好。
⑥绝对禁止大功率的开关量输出信号线、电源线、动力线等电缆与直接进入DCS系统的I、Ⅱ类信号电缆并行捆绑。
⑦绝对禁止采用一根多芯电缆中的部份芯线用于传输I类或Ⅱ类的信号，另外部分芯线用于传输Ⅲ类或Ⅳ类信号。
⑧严禁同一信号的几芯线分布在不同的几条电缆中（如三线制的热电阻）。
2.3接地要求
接地给整个系统提供一个统一的、公共的、以大地为零的基准电压参考点。当供电或设备出现故障时，通过有效的接地系统承受过载电流，并迅速传至大地，保证人员和设备的安全。此外，接地系统还为DCS设备提供屏蔽、消除干扰。 Dcs系统具有2种接地方式：保护接地和工作接地（逻辑接地、屏蔽接地及本安接地）。 ①保护接地（CG）：为了防止设备外壳的静电荷积累、避免造成人身伤害而采取的保护措施。 ②系统接地：使DCS信号建立一个基准点，该基准点接地是为了使基准点保持较稳定的电位，以保证信号传输的可靠性和准确性。 ③屏蔽接地（AG）：也叫模拟接地，它可把现场信号传输时所受到的干扰屏蔽掉，以提高信号精度。 ④本安接地：齐纳安全栅专设的接地。当本安回路电流、电压过大，安全栅的保险丝熔断，限制危险区域点火源的能量，实现本安保护。
DCS接地系统，由接地连接和接地装置两部分组成。接地连接包括不同性质的接地连线、接地汇流排、接地分干线、接地汇总板和接地干线等；接地装置包括总接地板、接地总干线和接地极等。
为了合理设计DCS接地系统，需要引入连接电阻、对地电阻和接地电阻的概念。连接电阻：从设备的接地端子到总接地板之间导体及连接点电阻的总和；接地极对地电阻：接地极的电位与通过接地极流人大地的电流之比；接地电阻：是指接地极对地电阻和总接地板、接地总干线及接地总干线两端的连接电阻之和。
目前，各DCS厂家对接地系统有着不同的要求，但差别主要在于接地电阻值的要求和接地系统是否完全独立等。如：Honeywell公司的TPS系统要求接地系统的接地电阻为O 。 4～ 5Ω，若无本安齐纳安全栅时接地电阻小于5Ω即可；西屋公司和ABB公司的DCS均要求接地电阻小于1Ω；和利时公司的DCS要求，当厂区电气接地网接地电阻小于等于4Ω时，DCS接地网可直接接人厂区电气接地网。
针对DCS厂家不同要求和行业规范规定不一致的情况，结合工程项目实际经验，DCS接地系统的设计与施工建议如下考虑：
①当电厂电气接地网接地电阻≤4Ω时，可将DCs总接地板以单点方式接至电气接地网，DCS系统接地点与电气接地极距离不小于5Ω，与防雷接地系统接地极距离不小于10Ω 。
②当电厂电气接地网接地电阻值较大或DCS厂家有特殊要求时，应独立设置DCS接地系统，接地电阻应小于O 。 5Ω或按DCS厂家要求确定。
③本安齐纳型安全栅接地系统，宜独立设置，接地电阻小于1Ω，接地总干线的连接电阻小于0 。 1Ω 。本安接地极宜保持独立，且与电厂电气接地网或其他仪表系统接地网之间的距离不宜小于5Ω 。
参考文献：
〔1〕陈波，丁永君，陈小强。浙江火电厂Dcs系统接地现状分析及建议〔J〕。浙江电力，z008，（1）：51—54 。
【DCS系统的抗干扰要求研究】〔2〕张桢，牛玉刚。 DCS与现场总线综述〔J〕。电气自动化，2013，（01）：4-6+46 。