1 概述
隨著發(fā)電廠控制技術(shù)的不斷發(fā)展,，目前分散控制系統(tǒng)（DCS）,、可編程控制系統(tǒng)（PLC）,、現(xiàn)場 總線（FCS）技術(shù)在發(fā)電廠生產(chǎn)過程控制中得到廣泛的應(yīng)用,?？刂葡到y(tǒng)的可靠性直接影響到發(fā)電企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行,，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵,。自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型控制設(shè)備,，有的是集中安裝在控制室,，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場和各電機設(shè)備上,，它們大多處在強電電路和強電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中,。要提高控制系統(tǒng)可靠性,，一方面要求生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力；另一方面,，要求工程設(shè)計、安裝施工和使用維護中引起高度重視,，多方配合才能完善解決問題,，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能
2 干擾源對系統(tǒng)的干擾
2.1 干擾源及干擾分類
影響控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源一樣，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位,，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源,，即干擾源。
干擾類型通常按干擾產(chǎn)生的原因,、噪聲干擾模式和噪聲的波形性質(zhì)的不同劃分,。其中：按噪聲產(chǎn)生的原因不同,，分為放電噪聲,、浪涌噪聲,、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形,、性質(zhì)不同,，分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等,；按噪聲干擾模式不同,，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法,。共模干擾是信號對地的電位差,，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應(yīng)的共態(tài)（同方向）電壓迭加所形成,。共模電壓有時較大,，特別是采用隔離性能差的配電器供電室，變送器輸出信號的共模電壓普遍較高,，有的可高達 130V 以上,。共模電壓通過不對稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測控信號,，造成元器件損壞（這就是一些系統(tǒng) I/O 模件損壞率較高的主要原因）,，這種共模干擾可為直流、亦可為交流,。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓,，主要由空間電磁場在信號間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓，這種直接疊加在信號上,，直接影響測量與控制精度 ,，現(xiàn)在解決共模、差模干擾比較通用省事的放法是在原電路上加信號隔離器,，可非常有效解決,。
2.2 控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源
2.2.1 來自空間的輻射干擾
空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程,、雷電,、無線電廣播、電視,、雷達,、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復(fù)雜,。若系統(tǒng)置于所射頻場內(nèi),，就回收到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑：一是直接對控制設(shè)備內(nèi)部的輻射,，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾,；而是對控制設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路的感應(yīng)引入干擾,。輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場大小,，特別是頻率有關(guān)，一般通過設(shè)置屏蔽電纜和 PLC 局部屏蔽及高壓 泄放元件進行保護,。
2.2.2 來自系統(tǒng)外接線的干擾
主要通過電源和信號線引入,，通常稱為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在發(fā)電現(xiàn)場較嚴重,。因為發(fā)電廠是強電場和強電磁場密集地方,。
2.2.2.1 來自電源的干擾
實踐證明，因電源引入的干擾造成控制系統(tǒng)故障的情況很多,，由于控制系統(tǒng)的供電大都來自電廠的供電網(wǎng)絡(luò),，其覆蓋全廠,，電網(wǎng)內(nèi)部的變化,，如開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停,、交直流傳動裝置引起的諧波,、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過配電線路傳到電源,?？刂齐娫赐ǔ２捎酶綦x電源，但其機構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想,。實際上,，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的,。
2.2.2.2 來自信號線引入的干擾
與控制系統(tǒng)連接的各類信號（信號線和控制指令線）傳輸線,，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入,。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電源串入的電網(wǎng)干擾,，這往往被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾,，即信號線上的外部感應(yīng)干擾,，這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起 I/O 信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重 時將引起元器件損傷,。對于隔離性能差的系統(tǒng),，還將導(dǎo)致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流,，造成邏輯數(shù)據(jù)變化,、誤動和死機?？刂葡到y(tǒng)因信號引入干擾造成 I/O 模件損壞數(shù)相當嚴重,，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。所以檢測端信號加隔離非常重要（例：北京平和PH系列隔離器產(chǎn)品）,既可以保證信號傳輸精度,，還可以保護系統(tǒng)I/O模件不被損壞,。
2.2.2.3 來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾
接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地,，既能抑制電磁干擾的影響,，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地,，反而會引入嚴重的干擾信號,，使系統(tǒng)將無法正常工作。
控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地,、屏蔽地,、交流地和保護地等。接地系統(tǒng)混亂對 PLC 系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均,，不同接地點間存在地電位差,，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作,。
例如電纜屏蔽層必須一點接地,，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地,，就存在地電位差,，有電流流過屏蔽層，當發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時,，地線電流將更大,。
此外，屏蔽層,、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路,，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)有會出現(xiàn)感應(yīng)電流,，通過屏蔽層與芯線之間的耦合,，干擾信號回路,。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布,，影響邏輯電路和模擬電路的正常工作,。邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響邏輯運算和數(shù)據(jù)存貯,，造成數(shù)據(jù)混亂,、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測量精度下降,，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作,。（例北京平和隔離器也可有效解決信號共地問題）
2.3 來自系統(tǒng)內(nèi)部的干擾
主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響,，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等,。這都屬于制造廠對系統(tǒng)內(nèi)部進行電磁兼容設(shè)計的內(nèi)容，比較復(fù)雜,，作為應(yīng)用部門是無法改變,，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應(yīng)用實績或經(jīng)過考驗的系統(tǒng)
3 工程實施中主要抗干擾措施
為了保證系統(tǒng)在工業(yè)電磁環(huán)境中免受或減少內(nèi)外電磁干擾,，必須從設(shè)計階段開始便采取三個方面抑制措施：抑制干擾源,；切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑；提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力,。這三點就是抑制電磁干擾的基本原則,。
控制系統(tǒng)的抗干擾是一個系統(tǒng)工程，要求制造單位設(shè)計生產(chǎn)出具有較強抗干擾能力的產(chǎn)品,，且有賴于使用部門在工程設(shè)計,、安裝施工和運行維護中予以全面考慮，并結(jié)合具有情況進行綜合設(shè)計,，才能保證系統(tǒng)的電磁兼容性和運行可靠性。主要考慮來自系統(tǒng)外部的幾種如果抑制措施,。主要內(nèi)容包括：對系統(tǒng)及外引線進行屏蔽以防空間輻射電磁干擾,；對外引線進行加裝隔離器，特別是原理動力電纜,，分層布置,，以防通過外引線引入傳導(dǎo)電磁干擾；正確設(shè)計接地點和接地裝置,，完善接地系統(tǒng),。另外還必須利用軟件手段，進一步提高系統(tǒng)的安全可靠性,。
3.1 采用性能優(yōu)良的電源,，抑制電網(wǎng)引入的干擾
在控制系統(tǒng)中,，電源占有極重要的地位。電網(wǎng)干擾串入控制系統(tǒng)主要通過PLC系統(tǒng)的供電電源（如CPU 電源,、I/O 電源等）,、變送器供電電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入的。現(xiàn)在,，對于 PLC 系統(tǒng)供電的電源,，一般都采用隔離性能較好電源，而對于變送器供電的電源和 PLC 系統(tǒng)有直接電氣連接的儀表的供電電源,，并沒受到足夠的重視,，雖然采取了一定的隔離措施，但普遍還不夠,，主要是使用的隔離變壓器分布參數(shù)大,，抑制干擾能力差，經(jīng)電源耦合而串入共模干擾,、差模干擾,。所以，對于變送器和共用信號儀表供電應(yīng)選擇分布電容小,、抑制帶（如:使用北京平和公司隔離配電器),，可以減少 PLC 系統(tǒng)的干擾。此外,，位保證電網(wǎng)饋點不中斷,，可采用在線式不間斷供電電源（UPS）供電，提高供電的安全可靠性,。并且UPS 還具有較強的干擾隔離性能,，是一種PLC控制系統(tǒng)的理想電源。
3.2 電纜敷設(shè)
為了減少動力電纜輻射電磁干擾,，尤其是變頻裝置饋電電纜,。筆者在某工程中，采用了銅帶鎧裝屏蔽電力電纜,，從而降低了動力線生產(chǎn)的電磁干擾,，該工程投產(chǎn)后取得了滿意的效果。不同類型的信號及控制電纜分別由不同電纜傳輸,，信號電纜應(yīng)按傳輸信號種類與動力電纜分層敖設(shè),，嚴禁用同一電纜的不同導(dǎo)線同時傳送動力電源和信號，避免信號線與動力電纜靠近平行敖設(shè),，以減少電磁干擾,。另外對于信號電纜及控制電纜應(yīng)采用屏蔽電纜
3.3 硬件濾波及軟件抗干擾措施
信號在接入計算機前，在信號線與地間并接電容,，以減少共模干擾,；在信號兩極間加裝濾波器可減少差模干擾,。由于電磁干擾的復(fù)雜性，要根本消除迎接干擾影響是不可能的,，因此在PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計和組態(tài)時,，還應(yīng)在軟件方面進行抗干擾處理，進一步提高系統(tǒng)的可靠性,。常用的一些措施：數(shù)字濾波和工頻整形采樣,，可有效消除周期性干擾；定時校正參考點電位,，并采用動態(tài)零點,，可有效防止電位漂移；采用信息冗余技術(shù),，設(shè)計相應(yīng)的軟件標志位,；采用間接跳轉(zhuǎn)，設(shè)置軟件陷阱等提高軟件結(jié)構(gòu)可靠性,。
4 正確選擇接地點,，完善接地系統(tǒng)
發(fā)電廠控制系統(tǒng)的接地對控制系統(tǒng)抗干擾尤為重要，接地方式的好壞將直接影響控制系統(tǒng)的性能,。接地的目的通常有兩個,，其一為了安全，其二是為了抑制干擾,。完善的接地系統(tǒng)是控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一,。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式,。
4.1 PLC 控制系統(tǒng)接地：
PLC 控制系統(tǒng)它屬高速低電平控制裝置,，應(yīng)采用直接接地方式。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響,，裝置之間的信號交換頻率一般都低于 1MHz,，所以 PLC 控制系統(tǒng)接地線采用一點接地和串聯(lián)一點接地方式。集中布置的 PLC 系統(tǒng)適于并聯(lián)一點接地方式,，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極,。如果裝置間距較大，應(yīng)采用串聯(lián)一點接地方式,。
用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點，然后將接地母線直接連接接地極,。接地線采用截面大于 22mm2 的銅導(dǎo)線,，總母線使用截面大于 60mm2 的銅排。接地極的接地電阻小于 2Ω,，接地極最好埋在距建筑物 10 ~ 15m 遠處,，且 PLC 系統(tǒng)接地點必須與強電設(shè)備接地點相距 10m 以上,。信號源接地時，屏蔽層應(yīng)在信號側(cè)接地,；不接地時,，應(yīng)在PLC側(cè)接地；信號線中間有接頭時,，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進行絕緣處理,，一定要避免多點接地；多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時,，各屏蔽層應(yīng)相互連接好,，并經(jīng)絕緣處理。選擇適當?shù)慕拥靥巻吸c接點,。在 PLC 控制系統(tǒng)中,，具有多種形式的“地”，主要有：
信號地：是輸入端信號元件－傳感器的地
交流地：交流供電電源地 N 線,，通常是產(chǎn)生主要噪聲的地方
屏蔽地：一般為防止靜電,、磁場感應(yīng)而設(shè)置的外殼或金屬絲網(wǎng)，通過專門的銅導(dǎo)線將其與地相連,。
保護地：一般將機器設(shè)備外殼或設(shè)備內(nèi)獨立器件的外殼接地,，用以保護人身安全和防護設(shè)備漏電。
以上幾種情況現(xiàn)場沒有解決好可以選適合自己使用的隔離器產(chǎn)品解決共地干擾問題,。
4.2 DCS 系統(tǒng)的接地
計算機控制系統(tǒng)中的“地”有兩類,。其一是設(shè)備的外殼及屏蔽層，通常與大地相連,。接地的目的一是避免機殼帶電而影響人員及設(shè)備的安全,，二是保持機殼及屏蔽層與大地等電位，起到屏蔽外部電磁場干擾的作用,。另一類是電源或信號的參考地位,。在微機控制系統(tǒng)中，即有模擬量信號,，又有數(shù)字量信號,，還有電源（直流）電壓的地端。這些信號的地最終就是直流電源的地,。為防止公共阻抗產(chǎn)生的干擾,，采用“匯流條分別走線”進行處理，即在電路中把模擬地與數(shù)字地分開,，采用匯流條分別走線,，最終在一點把兩個地接在一起。信號的屏蔽層采用單點接地原則,，可以防止不同接地點之間的電位差（Ucm）通過屏蔽層形成電流回路,，產(chǎn)生干擾,。
不同型式的 DCS 系統(tǒng)對接地要求不同，但歸根結(jié)底是滿足“一點接地”的要求,。整個接地系統(tǒng)最終只有一點接到接地網(wǎng)上,，并滿足接地電阻的要求。DCS 系統(tǒng)的接地要求應(yīng)該是確定的,、完整周全的,，不能為迎合用戶的不同要求而改變。
電廠環(huán)境下,，要求 DCS 有較強的抗干擾能力,，用戶希望接地方式及接地電阻的要求寬松一些。 但只有嚴格按廠家要求實施系統(tǒng)接地,，才可保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行,，也方便在某些故障情況下盡早排除
不良接地因素。
下面以XX電廠控制系統(tǒng)（Symphony）接地特點為例進行分析：
本工程不設(shè)置單獨的 DCS 接地系統(tǒng),，Symphony 系統(tǒng)的過程控制柜之間通過接地電纜串聯(lián),，最終點由電源機柜處單點接到電氣接地網(wǎng)，接地點半徑 5 米內(nèi)無大電流,、電壓啟停設(shè)備的接地點,，要求整個接地線纜至接地點的電阻小于 5Ω。從電源至分配盤及從分配盤至模件柜的供電電纜應(yīng)使用3芯電纜,，分別作為火線,、中線和地線，中線與地線在電源出口處短接,，并將此短接點使用扁平接地銅纜連接到最近的可靠的建筑接地系統(tǒng)上（見注 2）,，除此以外中線和地線在其他任何地方都不應(yīng)再短接。使用雙路電源時,，兩個電源最好在同一點接地,。控制機柜接地見下圖：
4.2.1 Symphony 系統(tǒng)中,，無論是單元機組的環(huán)路設(shè)備還是公用系統(tǒng)環(huán)路設(shè)備,，其接地均較為簡單。即使其物理位置分散,，也不需要單獨的接地網(wǎng),。Symphony 系統(tǒng)的接地系統(tǒng)包括兩部分：一路為交流地(安全地)系統(tǒng)，它為故障和高頻噪聲提供了一個低阻抗的排泄通道,，并使設(shè)備外殼保持與地等電位,，保證人員不受電器傷害。一路為直流地(信號地)系統(tǒng),，它為數(shù)字式過程控制系統(tǒng)建立一個零參考電位,，同時能有效消除高頻噪聲。
4.2.2 接地極使用廠內(nèi)的地網(wǎng)地極,，它是與大地良好接觸的導(dǎo)體,，通常使用埋入地下的—根或一組 銅棒。SYMPHONY 系統(tǒng)要求接地極的電阻小于 5 歐姆,。接地極距建筑物及接地極之間的距離應(yīng)不小于接地極的長度,；與建筑地極或其他地極要大于 5 米；距離避雷針地極,、大型電力設(shè)備的地極,，大型開關(guān)設(shè)備、旋轉(zhuǎn)機械或其它干擾源應(yīng)大于 10 米,。地極上不能連接其它設(shè)備,。在嚴寒地區(qū)，接地極必須延伸到凍土層以下,。
4.2.3 連接控制系統(tǒng)與接地極的接地導(dǎo)體使用多芯絕緣銅導(dǎo)線,，在 150 米電氣距離內(nèi)，接地線的截面參見相關(guān)要求,。用戶應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的具體情況決定,。
4.2.4 接地導(dǎo)線與地極不要使用螺栓連接，應(yīng)該采用焊接方式,。以避免振動,、腐蝕、金屬熱脹冷縮等造成接觸不良,。Symphony 系統(tǒng)內(nèi)各機柜柜體應(yīng)與金屬安裝底座有可靠的電氣連接(可采用焊接法安裝機柜或螺栓連接輔以點焊),，金屬安裝底座必須與整個建筑的接地系統(tǒng)有可靠的連接。
4.2.5 SYMPHONY 系統(tǒng)要求采用獨立的 220VAC 供電電源,。即當采用廠用電源或保安電源供電時,，用戶應(yīng)加隔離變壓器。在分配盤的電源進線處,，接地線與中性線須可靠短接,，接地線與火線、中線同時布線接至 SYMPHONY 系統(tǒng)用電設(shè)備的接線端子,。
4.2.6 對于沒有電源輸入的設(shè)備,，如 I／O 端子柜，應(yīng)用采絕緣銅導(dǎo)線將機柜接地螺栓與其供源 的相鄰模件柜的接地螺栓相連,。機柜安裝底座應(yīng)與機柜等電位,。
4.2.7 交／直流接地可共用一個接地極，當采用二個接地極時，其間的電阻應(yīng)小于 l 歐姆,。各控制柜的交流地,、直流地分別以星形接地方式匯集，最后接入同一地網(wǎng)(本工程為全廠電氣接地網(wǎng)),。接地電阻要求小于5 歐姆,。
4.2.8 在機柜底部有直流公共排以供連接直流接地，此直流公共排在機柜內(nèi)與交流地和機柜是隔離的,。以與直流接地極相連的接地排為中心,，星型連接各個模件柜的直流公共排。各端子柜與其相應(yīng)的模件柜也用星型接法連接,。
4.2.9 在有遠程布置的機柜的系統(tǒng)中,，遠程機柜可使用自己的接地極，但接地要求是一致的,，該接地極應(yīng)與 DCS 主接地極在同一個地網(wǎng)上,。
4.2.10 統(tǒng)外部信號接線和屏蔽線與接地有關(guān)。屏蔽線應(yīng)該只在單端接地,，在機柜側(cè)接地時接至機柜兩側(cè)的屏蔽棒上,，該屏蔽棒與交流安全地連接在一起。
5 總結(jié)
控制系統(tǒng)中的干擾是一個十分復(fù)雜的問題,，因此抗干擾措施通過合理的設(shè)計或電路中加裝隔離器使之更有效地抑制干擾,、抗干擾，對有些干擾情況還需做具體分析,，采取對癥下藥的方法,，才能夠使控制系統(tǒng)正常工作。