摘要：在工程实际应用中存在着各种各样的电磁波；这些电磁波形成的电场和磁场对发电厂中的电子设备，仪器仪表、计算机等影响很大。
一、引言
随着科学技术的发展和电厂自动化水平的提高，热工自动化水平越来越高，其准确性、快速性和稳定性要求也愈高。然而，控制系统的信号干扰致使一些信号发生畸变，而使参数显示失真，控制设备出现扰动、误动、拒动、自动投入品质不好，严重影响机组安全经济运行。
信号干扰问题一直是困扰实现热工控制系统正常功能的顽疾，要*解决这个问题，必须要分析信号干扰产生的来源和传播信息途径，只有屏蔽干扰源，切断传播途径；或把干扰强度降到zui大可能低的限度内，并增强设备的抗干扰性能，才能从根本上解决干扰问题。现在就白马循环流化床示范电站我负责施工的dcs系统接地及保护接地，分析干扰产生的来源和传播途径等基本原理。
二、干扰信号的来源和分类
2.1干扰源的分类
影响热工控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是干扰源。
干扰类型通常按干扰产生的原因，噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同而划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；噪声的波、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用性能差的配电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130v以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统i/o模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流，亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。
2.2干扰信号的来源
2.2.1空间的辐射干扰
空间的辐射电磁场主要是由电力网络、设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若热控系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对控制系统内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对控制系统通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场强弱，特别是频率有关，一般通过采用屏蔽电缆和设备局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。
2.2.2系统外引线的干扰
主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较为严重。
（1）电源的干扰
实践证明，因电源引入的干扰造成控制系统故障的情况很多。控制系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，譬如：开关操作、大型电力设备启停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。控制系统电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布特别是分布电容的存在，隔离是不可能的。
（2）信号线引入的干扰
与控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起i/o信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和拒动。控制、系统因信号干扰造成i/o模块损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。
（3）接地系统不规范引发的干扰接地是提高电子设备电磁兼容性（emc）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；不规范甚至错误的接地，会引入严重的干扰信号，将使控制系统无法正常工作。
控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对控制系统的干扰产、主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存地地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端a、b都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。
此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响控制系统内部逻辑电路和模拟电路的正常工作。控制系统工作的逻辑电压干扰容限较低，；逻辑地电位的分布干扰容易影响控制系统的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。
当电子设备与电气设备共用接地网时，如果发生电气设备过电压等情况，接地网电位发生瞬时变化，此时，不同电子设备的接地之间产生电位差，由此引起干扰。以上外部干扰，或直接通过引线间接作用到电子设备上，并以下面的形式干扰电子设备的工作：
（1）辐射噪声，即电子设备直接受到周围电磁场的辐射干扰。
（2）共模干扰，即相对于公共基准点（通常是接地点）在信号的两端同时出现的干扰。一般容性耦合和接地网产生的干扰表现为共模干扰。
（3）差模干扰，即干扰信号与有用的信号叠加在一起，使信号两端因干扰产生电位差而引起的干扰。通常辐射噪声和差模干扰会直接引起电子设备工作状态发生变化。而共模干扰由于能量较低，因此在未转化为差模干扰（通过漏电阻）之前，一般不会对电子设备产生影响。
2.2.3控制系统内部的干扰
所谓内部干扰是指由电子设备自身产生的干扰。这些干扰主要来自三个方面：
（1）要由于电子设备内部电子线路布局不合理，在设备内部产生电磁波引起干扰。如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。
（2）设备的电源滤波不好，供电品质不高，内电源电压波动和谐波产生的干扰。
（3）电子设备内部电路的参考地对高频信号和低频信号的感抗不同，导致对高频信号和低频信号的参考电位不同，引起的干扰。
由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生的内部干扰，这都属于设备制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为使用部门是无法改变的，但要选择具有较多应用业绩或经过考验的系统。
三、控制系统工程应用的抗干扰方案
热工控制系统的抗干扰是一个系统工程，要求制造单位设计生产出具有较强抗*力的产品，且要求使用单位在工程设计、安装施工和运行维护中予以全面考虑，并结合具体情况进行综合设计，才能保证系统的电磁兼容性和运行可靠性。进行具体工程的抗干扰设计时，必须考虑以下两个方面：
（1）设备选型
在选择设备时，要选择有较高抗*力的产品，其包括了电磁兼容性（emc），尤其是抗外部*力，如采用浮空技术、隔离性能好的控制系统和设备；其次还要了解生产厂给出的抗干扰指标，如共模拟制比、差模拟制比，耐压能力、允许
在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作；另外是考查其在类似工作环境中的应用状况。在选择国外进口产品要注意：我国是采用220v高内阻电网制式，而欧美地区是110v低内阻电网。由于我国电网内阻大，零点电位漂移大，地电位变化大，工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上，对系统抗干扰性能要求更高，在国外能正常工作的产品设备在国内电厂就不一定能可靠运行，这就要在采用国外产品时，按我国的标准（gb/t13926）合理选择。
（2）综合抗干扰设计
主要考虑来自系统外部的几种干扰信号抑制措施。主要内容包括：对系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰；对外引线进行隔离、滤波，特别是动力电缆、信号电缆、控制电缆分层布置，以防通过外引线引入传导电磁干扰；正确设计接地点和接地装置，完善接地系统；严禁信号电缆和控制电缆的合并，严禁弱电信号和强电信号共用一根电缆，合理正确使用屏蔽电缆；另外还必须利用软件手段，进一步提高系统的安全可靠性。
四、工程上采取的方法和技术措施
干扰信号若对电子设备产生影响必须具备三个条件：其一是要有干扰源；其二是要有传播途径；其三是要有承受干扰的设备。为了保证系统在发电厂电磁环境中避免或减少内外电磁干扰，要求从设计阶段开始便采取三个方面抑制措施：抑制干扰源；切断或衰减电磁干扰的传播途径；提高装置和系统的抗*力。这是抑制电磁干扰的基本原则。
一般说来消除干扰源是抑制干扰zui有效的方法，但是现场很难做到。因此从设计和施工角度来说，抑制干扰通常是采取破坏干扰传播途径的方法，而从制造角度则是采取降低电子设备对外部干扰的敏感性，以及减少内部扰动的方法。具体地说，工程上抑制干扰主要采取以下措施：
（1）正确接地能产生强磁设备和易被干扰
设备采取一定屏蔽措施和良好接地。电缆桥架封闭并接地，盘台柜箱及控制设备严格进行屏蔽措施和接地，尤其dcs系统的接地方式严格按照厂家和设计要求实施以有效地控制干扰的传播。
（2）屏蔽屏蔽是用金属（屏蔽体）把电场或磁场等外界干扰阻止在受干扰物之外。常见的屏蔽方式有静电屏蔽和磁屏两种。
工程中常用的静电屏蔽手段是采用屏蔽电缆。对系统重要参数的、易被干扰的或全部计算机i/o信号采用屏蔽电缆。使用屏蔽电缆时，应注意将屏蔽电缆的屏蔽层接地，否则起不屏蔽电场的作用。屏蔽接地时应是一端接地，屏蔽层应在现场端接地。当屏蔽电缆有中继点时，在中继处应注意屏蔽层的连续性。为保证屏蔽层一点接地，屏蔽层外应有良好的绝缘层。对于多芯对绞屏蔽电缆，每对对绞线外应有单独的屏蔽层，以防止对绞线之间产生感性耦合，对绞线的屏蔽应是彼此绝缘的，电缆外还应有总屏蔽层和绝缘层。
工程中磁屏蔽的一般做法是将信号电缆敷设在铁制槽盒内，槽盒沿程用裸铜缆接地，或者将信号电缆穿入铁管。电缆通道合理避开强电磁区或者保持一定安全距离或者采取屏蔽措施。
（3）隔离避免信号电缆、控制电缆与电力电缆平行敷设，避免将弱电信号线与电力线放在同一根电缆之中，避免信号回路与强电回路共用接地线。强、弱电电信号使用接线盒、端子排并使端子分开布置，电子设备与强电设备保持一定距离。在电缆比较集中的地方，合理优化电缆排列层，信号电缆、控制电缆和电力电缆应由下至上分层敷设。
计算机电源采用逆变、隔离变压器等方式与普通电源隔离，避免普通电源电压波动及谐波的影响。计算机输入通道采用光电耦合、隔离放大器、继电器等手段与外界信号回路隔离，通过软硬件滤波减少干扰的影响等。
（4）在施工和生产中进行控制，降低和避免不必要的射频干扰。
五、技术方案的具体实施
5.1合理优化电缆走向，电缆分层敷设
电缆敷设的前，根据就地测点、控制设备位置和电缆通道的走向对电缆设计清册进行电缆合理的编排，采取了动力、控制、信号电缆分层，严禁控制电缆和信号缆合并，施工前认真核对了控制和保护用的屏蔽电缆的屏蔽层形式和材料，正确使用屏蔽电缆，并且电缆敷设措施对整个过程的每个细节都作了具体要求。在敷设电缆前，组织敷设人员进行学习和交底，确保了敷设质量，在电缆敷设环节上阻绝相互干扰。
5.2电缆桥架封闭并接地
考虑到电缆桥架是产生强磁的设备和易被干扰的设备，尽管在安装时支架和桥架基本接地，但由于通道路径长，难免出现接地不良现象。因此，借鉴了国外的经验和技术，采用电缆主桥架封闭并接地的方法，把主通道的桥架做到连续封闭，同时，主通道的每节桥架做到连续封闭，同时，主通道的每节桥架间用φ10mm的裸铜电缆钢射钉铆接的方式相连，每隔4~6米与就近的钢结构用钢射钉铆焊接地，这样可以有效地控制了电缆干扰的传播和被干扰。
5.3规范可靠、正确的屏蔽接地系统
在这个工程中，统一采用在盘侧电缆一端接地法，即在电子设备间的dcs盘柜等为中心单端接地，就地及其余盘电缆的另一端浮空。具体方法是：在电缆剥皮作头时，、把每根电缆的屏蔽网统一梳理出150mm左右长绞成一股，每4~6股合成一股和φ2.5mm的单股多芯线焊接在一起，网线和焊点用热缩管缩紧绝缘；成排的4~6根单股线编成辩，使用压线端接头压紧后，用镀锌螺栓压接在每个盘内的接地镀锡铜排上。同样，每个盘的门及边框也用接地线接在铜排上。各个盘的接地铜排用φ10mm的单股多芯接地线连接到公共铜母排上，通过电缆与计算机接地网相连，完成了盘内屏蔽接地。接线结束，经过抽查测量，必须接地良好，对地电阻全部控制在1ω以内。
另外，能产生强磁设备和易被干扰设备采取一定屏蔽措施和良好接地。盘台柜箱及控制设备严格进行屏蔽措施和接地，尤其dcs系统的接地方式严格按照厂家和设计要求实施，以有效地控制干扰的传播。
在电缆敷设和电缆桥架封堵过程中，严格要求施工方法，防止划环电缆保护层造成屏蔽接地，确保屏蔽层“一点接地”，屏蔽层接地方式必须正确、可靠。
5.4dcs（foxboroi/as）接地
（1）在i/as系统里，直流逻辑接地，交流安全接地，设备安全接地是同一个地，并且在机柜内以有效地连接在一起。
（2）一般情况下，当电源和接地配线只于i/as设备时，i/as设备是由电源线中的地线接地的。将配电柜内的电源线接地母线排用16mm2（6agw）绝缘导线连到系统接地地桩。
（3）将各机柜的接地用10mm2（8agw）地线引出至i/as系统接地母线排，再从该接地母线排用16mm2（6agw）绝缘导线连到系统接地桩。
（4）为方便系统地的连接，机柜内安装了一个系统地接地母线排，该机柜系统地接地母线排在机柜装配时，已有绿色或绿/黄色接地导线连到机柜电源接线盒上的接地点。
（5）通信处理机所连外设的接地连到工厂供电接地上，一个通信处理机所连的各个外设使用同一个电源。
（6）节点总线接地：本地节点总线两端的终端器上的接地线接到组件箱地。远程节点总线的某一端的连接件上的节点总线屏蔽接地线连到机柜接地母线上。
（7）现场总线接地，在现场总线末端用2.5mm2（14agw）绿色或绿/黄色接导线连到机柜母线排上。
（8）现场信号线屏蔽接地：不是由i/as供电的现场设备，其现场信号屏蔽在现场设备处接地。由i/as供电的现场设备，不使用端子柜时，现场信号线屏蔽接到i/as机柜内的隔离的屏蔽母线排上，再用10mm2（8agw）绝缘导线将屏蔽母线排与工厂公共地相连接。不允许输入/输出信号线屏蔽与i/as机柜相连。由i/as供电的现场设备，并用使用端子柜时，现场信号线屏蔽应接到端子柜内的屏蔽母线排上，再用10mm2（8agw）绝缘导线将屏蔽母线排与工厂公共地相连接。在端子柜与i/as机柜间不需要使用屏蔽电缆。如果使用屏蔽电缆，屏蔽只需在端子柜内连接。
（9）i/as系统与建筑物隔离：机柜与安装底座之间用绝缘橡胶衬垫，并用绝缘垫圈使安装螺栓与机柜和安装底座隔离。
5.5特殊设备和地段采取特殊屏蔽措施
一些易被干扰的监测设备，如汽机轴振、轴向位移、转速等tsi的监视装置，都是机组的重要而且准确投入困难的参数，原因是信号较弱且易被干扰而采用屏蔽电缆。为了防止汽机前箱内的信号线磨损接地，应全部给套装了黄蜡管隔离；为了防止信号电缆的干扰，在强电磁区域的电缆增加了金属软管屏蔽；前置器接线盒也进行屏蔽接地。强弱电电信号尽量使用接线盒、端子排。这些措施保证了模拟信号不受干扰。
5.6采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰
在plc等控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰串入控制系统主要通过控制系统的供电电源（如cpu电i/o电源等）、变送器供电电源和与控制系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。在现场，对于控制系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好电源，而对于变送器供电的电源和控制系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但由于使用的隔离变压器分布参数大，抑制*力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少控制系统的干扰。
此外，为保证电网馈点不中断，采取在线式不间断供电电源（ups）供电，提高供电的安全可靠性，并且ups还具有较强的干扰隔离性能。
5.7硬件滤波及软件抗干扰措施
信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰；在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。
由于电磁干扰的复杂性，要根本消除迎接干扰影响是不可能的，困此在控制系统的软件设计和组态时，还在软件方面进行了抗干扰处理，进一步提高系统的可靠性。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样，可有效消除周期性干扰；定时校正参考点电位，并采用动态零点，可有效防止电位漂移；采用信息冗余技术，设计相应的软件标志位；采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。
5.8电缆接线规范标准化，确保接线正确率
施工前组织专业人员学习，制定接线施工措施，并会同业主和监理专业人员对接线措施进行了再推敲，形成了共识性方案。在施工过程中开展接线技术比武活动，进一步促进了接线工艺的日趋和接线正确率的提高。并加强过程控制，分步监控，严格施工工序，避免接线松动、漏接错接现象，接线准确率接近，基本不能出现调试过程中的大量改线现象，使接线工艺基本没因调试而受到损坏。避免了信号传输过程中的漏、断、串等问题，才能保证了信号传输的准确性。
六、结束语
对于热控系统或者设备接地问题，除了计算机系统有专门设计，一般热控系统或设备接地都不做专门设计，这样难免给热控施工造成难度，给热控系统稳定运行带来隐患。为此，在施工前一定考虑设备的技术要求，统筹考虑主厂房内的热控主系统的屏蔽接地方案。在借鉴其他工程中取得的宝贵经验和教训的基础上，不断总结和完善施工方案，逐步形成推广的共性方案，以此指导新的工程施工，少走弯路，提率和系统的可靠性。