仪长线SCADA系统是保证原油输送生产正常运行的重要保障, 系统功能包括数据采集、监视、设备远程操控、设备安全联锁等。在系统投用后, 发现了部分DI (离散量输入) 信号与现场设备信号不一致, 并且系统中DI模块信号输入指示灯闪烁频繁, 状态指示不稳定, 指示给操作人员错误信息, 对生产运行带来了安全隐患。经过分析、测试, 采用应对措施, 最终解决了问题。本文对具体过程进行详细介绍。
在SCADA系统投用测试时, 观察人机界面HMI, 发现加热炉控制系统DI状态指示和燃油泵DI状态指示在设备运行过程中来回频繁切换, 后停运加热炉其DI状态正常、停运燃油泵其DI状态指示依然切换, 与实际状态不相符, 对安全生产造成了不便和安全隐患。加热炉和燃油泵状态指示主要有:运行/停止、远控/就地、故障/正常。经过查询HMI事件记录, 加热炉和燃油泵的几个状态指示状态切换频繁, 干扰了操作人员正常查询事件记录。
经过对现象进行分解排查, 进行逐项分析排查。
信号处理流程图如图1。
通过流程图可知, 主要可能产生干扰的环节分别为 (1) 、 (2) 、 (3) , 分别对几个环节进行分析与处理。
SCADA系统DI模块为140DDI35300, 该模块性能参数如下。
输入信号为24 VDC信号;
接通电平电压+18~30 VDC;
断开电平电压-3~+5 VDC;
绝对最大输入: (1) 连续30 VDC, (2) 56 VDC衰减脉冲1.5 ms
响应时间1 ms。
正常使用时, 现场信号为无源触点, 通过SCADA系统24 VDC检测回讯信号获取现场状态。
将信号连接电缆从信号连接端子上解除, 采用信号发生器给出高电平、短接系统电源高电平与模块输入端等方式单独对SCADA系统进行测试, 结果证明, SCADA系统对测试信号响应正确可靠。说明干扰信号与SCADA系统无关联。
核查施工资料显示电缆敷设符合规范, 检查电缆屏蔽层接地符合要求。解开电缆芯接线, 使用数字万用表测量电缆芯对地电压, 加热炉信号电缆芯对地接近无电压, 燃油泵信号电缆芯对地有变动较迅速的零至数十伏交流电压。
加热炉停运, 加热炉控制回路切断电源, 在设备端使用信号发生器进行测试, SCADA系统对测试信号响应正确可靠。保持加热炉停运, 加热炉控制回路接通电源, HMI状态正常。加热炉运行后, 即发生指示信号切换, 说明该信号串扰现象为设备运行时引入的。因设备运行需要, 加热炉配置有大功率变频风机, 变频器控制回路与加热炉控制回路有信号联接, 设备安装时已采取了屏蔽、接地、隔离等防止干扰的措施, 使用万用表测量该干扰电压难以测量出电位。经分析应该是因为电磁辐射、感应耦合等原因导致状态信号电缆芯中产生了短暂的高于SCADA系统DI模块接通电平的电位。
燃油泵停运, 燃油泵控制回路切断电源, 在设备端使用模拟信号进行测试, SCADA系统对模拟信号响应正常。在燃油泵运行后, 系统即产生了信号频繁切换扰动。该燃油泵电机为6 kV等级, 结合信号电缆芯对地有变动较迅速的零至数十伏交流电压, 初步分析应是高电压的交流回路对SCADA信号电缆产生了干扰, 致使模块对该干扰作出了响应。
经测量, 加热炉变频器工作时产生的干扰信号在模块绝对最大输入范围内, 不会对模块造成损坏。通过波形分析, 该串扰信号为持续尖峰信号。针对这种情况, 因模块的响应时间极迅速, 可使用在SCADA系统中加入信号滤波处理, 消除信号串扰, 而且不会对生产造成影响。通过修改模块信号处理程序, 对所对应的输入通道加入1s时间的滤波处理, 经过运行测试后, HMI加热炉信号串扰现象消除, 因滤波带来的微短时间信号延迟不会对生产造成不良影响。
经测量, 干扰电压为变动的交流电压, 最大约为40 V, 超过了模块的绝对最大输入范围, 虽然扰动持续时间短, 但考虑到设备长期运行, 可能会对模块造成损伤, 采用模块信号滤波的方法不适用。针对这种干扰, 对信号采用硬件隔离的方法比较适宜。
针对现场情况, 选用了使用220 VAC继电器进行隔离, 其原理图如图2。
系统运行时, 现场干扰信号电压相对220 VAC较低, 且经过继电器线圈、电阻等原件消耗, 无法使继电器闭合。现场状态有效时, 通过220 VAC回讯电压使继电器闭合, 模块接收标准信号, 输入正确有效。
系统加入隔离电路后, 经运行测试, 系统运行良好, 原信号干扰现象消除。
总结对干扰信号的分析、处理措施, 小结如下。
(1) 在分析干扰信号的基础上, 不必增加硬件, 通过软件编程即可解决信号显示不准确的问题。
(2) 针对中间环节可能会产生的干扰, 可在设计中采用控制信号电缆与状态信号电缆分开, 通过电缆屏蔽层接地消除彼此干扰, 在施工中严格按照规范进行, 强电电缆与弱电电缆分开独立敷设或保持有效距离, 不能保证有效距离的按规范要求在两类电缆间加隔离板。
(3) 可采用系统中加入滤波或者硬件隔离的方法进行干扰信号的消除。
通过实施上述应对措施, 现场的干扰信号得到了有效处理, 现系统运行正常可靠。总结以上对干扰信号的查找、分析和处理等相关工作, 可对实际生产运行过程中的自控系统干扰问题的处理提供经验。
摘要：本文从仪长线站控SCADA系统因干扰而产生的误信号的处理入手, 简要分析了干扰产生的现象、原因及其处理措施, 经过对各类干扰产生的原因及现象, 采用不同的应对措施, 消除了干扰信号对系统运行的影响, 保证了系统运行准确可靠。
关键词：自控系统,信号干扰
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