STWD100xP 看门狗在嵌入式系统硬件抗EMC技术的应用-控制器/处理器-与非网
嵌入式系统EMC(Electro Magnetic Compatibility)即嵌入式系统电磁兼容性，指嵌入式系统在复杂电磁环境中抵抗其他系统所产生的电磁干扰同时本身产生的电磁干扰又不影响其他系统正常工作。EMC包括EMI(Electro Magnetic interference)和EMS(Electro Magnetic Susceptibility)分别表示嵌入式系统本身产生电磁干扰和嵌入式系统抗电磁干扰的能力。一般要求尽量减小系统工作时本身产生的电磁干扰，加强系统抵抗电磁干扰的能力。例如高频谐波干扰，这是目前嵌入式系统工作不定的最大潜在因素。怎样减小嵌入式系统干扰增强其性能，尽可能地提高嵌入式系统工作的稳定性和可靠性成为电子工程师们的一大技术难题。
2 嵌入式系统EMC的产生
嵌入式系统产生电磁干扰的大小和抗电磁干扰的能力同系统本身功能有很大关系，不同嵌入式系统产生的电磁干扰不同抗电磁干扰能力也不同。
2．1 高次谐波干扰
根据Fourier series任何一个周期信号S(t)并非单一波形，都由直流分量、基波和各次谐波组成，谐波频率十分丰富，周期信号S(t)可以用式(1)表示：
直流成分，当n=1时表示信号基波，n=2，3，4，&表示信号2，3，4，&各次谐波，其中基波是该信号主要组成成份，很多时候信号的特性呈现为基波特性。例如在电源系统中交流信号为S(t)=380sin 2&50t表示市电信号存在n=1的基波，信号在基波附近谐波频率不断增加、幅度迅速衰减，从理论上说正弦和余弦信号频谱只存在一点冲击信号。正弦信号本身所产生的谐波较小而其他电磁干扰参杂在正弦信号中造成系统谐波很大。系统对信号的基波要加以利用，对信号的谐波要加以抑制、滤除。正弦信号本身对外来干扰信号的抑制能力较差容易出现EMC，严重干扰系统工作，影响。
2．2 嵌入式系统主频过高，引起干扰
随着电子技术的发展，CPU处理速度越来越快，数据吞吐量越来越大，主频越来越高。8位51单片机系统主频为12 MHz，16位凌阳单片机系统主频为50 MHz，Altera公司Cyclone系列FPGA芯片系统主频可达200 MHz，以Inter PAX255，PAX270，PAX310为核心的嵌入式系统主频可达820 MHz，CPU主频过高信号变化速率过快，信号幅度大的地方容易引起干扰。根据Fourier Series和Euler Formula，方波信号频谱为Sine信号，Sine信号为连续信号其本身谐波很大，容易造成系统工作不稳定。
2．3 系统中大功率、大电流用电器动作产生火花引起干扰
系统中含有大功率、大电流继电器或交流接触器，驱动电流或电压过大使谐波幅度大，容易产生较强的电磁干扰；在复杂电磁环境中电机频繁启动与大电流有触点开关的打火现象都会引起很强的电磁干扰，在要求较高的系统中必须解决，否则会引起系统工作不稳定、可靠性差。
微弱模拟信号的提取与高精度数据采集放大
随数字信号高速发展，很多模拟信号要转变成数字信号进行处理，CPU处理完成后又要将数字信号还原成模拟信号，涉及微弱模拟信号的提取和采集放大电路。对于微弱模拟信号的提取通常采用传感器，传感器提取的模拟信号非常微弱如果受到外来干扰或系统本身干扰，会造成系统数据采集和处理有误精度不高、系统工作不稳定。
2．5 电子元器件和电路板本身所产生的寄生干扰
每个电子元器件都有不同的截止频率，元器件在不同的频率下会呈现不同的特性。如果信号衰减和信号畸变过大会造成整个系统稳定度受影响甚至系统&死机&或&程序跑飞&。信号频率过高电容的分布电感，电感的分布电容，电阻对高频信号的反射，引线的分布电容和分布电感影响系统稳定性，当引线长度大于噪声频率相应波长的1／20时，就产生天线效应，噪声通过引线向外发射。
3 嵌入式系统硬件抗EMC技术
嵌入式系统工作不稳定、不可靠因素有很多，干扰可以来自系统本身也可以来自本系统外其他系统，关于系统干扰靠软件处理能起一定作用，但仅靠软件没有硬件的局面难以支撑，系统抗干扰问题始终难以解决。在可编程系统中为了增加系统稳定性和可靠性，减小系统CPU开支，常用以下方法：
3．1 抑制电源谐波干扰
在可编程电子系统中，能够解决好电源干扰问题就解决整个系统干扰的一大半，很多干扰都是从电源中出来，电源干扰过大会造成系统不稳定。单纯正弦信号不会有干扰，关键正弦信号处于干扰很大的环境中，这时正弦信号就会附加干扰。例如：电源线过长在电源线上就会产生寄生干扰，可以在电源线上加上小磁珠或磁环滤波，要求不高的情况下可以加100 &O电阻对干扰信号进行衰减，使干扰信号对系统不起作用。对开关电源来说，主要是振荡器振荡频率过高引起谐波，不仅影响电源而且会影响整个系统，开关电源效率较高很多地方都采用，但在要求比较高的系统中仍然采用线性电源。
3．2 CPU选择能够满足系统要求的最低主频
CPU主频过高系统时钟加快，系统时钟产生的方波频率升高，由方波带来的谐波随之增加。从Fourier Series和Euler Formula得单一方波比正弦波的谐波幅度大得多，谐波频率复杂得多，由此系统主频越高产生的谐波越复杂，影响系统工作的稳定性。但随着电子技术的发展，CPU主频越来越高，电子系统越来越复杂，功能不断增加，集成度不断提高，但对于CPU来说无论哪方面使用，系统主频够用即可。
3．3 减小信号在传输过程中的衰减、畸变和反射
现代集成电路制造主要采用CMOS技术，输入阻抗大、输出阻抗小，抗干扰能力强，适合小信号放大。CMOS集成电路输入电流大约为1 mA，信号在电路板上延时Td与电路板引线阻抗有关，阻抗越大信号衰减越大、信号延时越长、系统发热越大，系统稳定性越差。在高速系统设计过程中要考虑PCB信号传输延时Td，使信号人为延时Tr大于信号传输延时。
3．4 注意PCB布线和元器件高频特性
PCB布线最大原则是元器件之间引线尽量短、信号线交叉尽量少，尽量不用或少用过孔。模拟地、数字地、高频地分开走线，然后汇聚成一点，大功率器件、小功率器件和干扰信号特别大的器件在布局时要分开。对干扰信号特别敏感的高频元器件可以用金属罩屏蔽起来，避免电磁干扰。
3．5 退耦电容的使用
一般在系统集成电路供电引脚旁都要放置去耦陶瓷电容到地，滤除电源在传输过程中所产生的寄生干扰。去耦电容选取并不严格，一般来说都是可按f=1／C来选取，对于CPU控制系统来说滤除10～100 MHz电源信号寄生干扰，电容取0．01～0．1&F陶瓷电容，系统要求较高的高速电路中可以在集成电路电源端到地用一个1～10&F的电解电容，滤除电源1～10GHz的谐波干扰。
4 嵌入式系统软件抗EMC技术
为了增强嵌入式系统工作的稳定性和可靠性，嵌入式系统除硬件抗干扰外，可以在软件上采用一定的技巧抗干扰，使系统工作更加稳定可靠。
4．1 信息冗余技术
为了防止干扰，系统对重要数据或文件复制到多个存储单元，当一个存储单元数据损坏后立即启动备用存储单元使数据恢复。
4．2 时间冗余技术
为了增强系统可靠性，对于重要区域重复执行，将第1次与第2次的执行结果相比较如相同则认为正确，如不同第1次或第2次执行有问题或两次都有问题，程序再执行第3次、第4次，如果有1次相同则认为正确。
4．3 自动检测与诊断技术
自动检测包括嵌入式系统RAM的检测、ROM的检测、标志位的检测等，对RAM的检测在开机时可以在RAM存储区内开辟几个单元，向RAM存储单元写入不同的数值例如55H、AAH、EEH等，在执行程序时读出这些存储单元的值是否开机放置的数值相等，判断程序执行的正确性。ROM用来放程序或表格数值，对ROM区域二进制数0和1的个数检测系统程序执行的正确性。在程序的执行过程中RAM区域数据结果不同，对标志位产生影响不同，例如51单片机中PSW，当两个数据相加出现进位时PSW中第位7位CY由硬件置，用户可以查询PSW中第7位判断程序执行的正确性。
4．4 软件陷阱技术
软件陷阱技术指嵌入式系统中程序存储器不一定用完，如因干扰嵌入式系统程序计数器PC值错误，程序将会跳到没用到的存储空间，导致系统出错或程序跑飞，软件陷阱就是在这些没有用到的程序存储器中放入空指令和无条件跳转指令，当程序跑飞跑到空程序存储器中，嵌入式系统则认为系统受到干扰程序执行出错，系统自动复位。
5 集成STFWD100xP WTD的应用
5．1 看门狗WTD的分类和特点
看门狗可分为硬件看门狗和软件看门狗，软件看门狗不需要外接硬件电路，但软件定时器会耗费系统CPU资源，软件过长还可能引起系统不稳定导致系统瘫痪；硬件看门狗几乎不耗费系统资源使用随意性较大，硬件看门狗主要是为防止程序在执行过程中受到干扰致使程序跑飞的一种监控芯片，常用WTD集成电路有Xicor公司X25045，Dallas公司DSl232和意法半导体公司STWD100等，有的嵌入式CPU本身自带WTD，如PIC系列和51S系列单片机。硬件看门狗实际就是一个Timer，未等到定时器溢出时程序不断给定时器赋值，程序正常执行情况下定时器不会溢出，当程序跑飞没有正常为WTD赋值定时器会溢出，系统自动复位。看门狗就是在程序正常执行处放一条或几条喂狗指令，使看门狗处于喂饱状态，如程序跑飞长时间没有喂狗，看门狗就会叫使嵌入式系统重启或复位。
STWD100是意法半导体公司新推出的一款操作简单、SOT23-5小型封装、超低功耗、超小体积5脚WTD集成电路，静态电流13&A、输出电流20 mA、输出功耗320 mW。STWD100系列与X25045不同，STWD100省去繁琐的命令，例如X25045读、写锁存器，读写状态寄存器；STWD100系列芯片不同喂狗周期不同，每种芯片只有一个固定的定时周期，例如STWD100xP，STWD100xW，STWD100xX，STWD100xY喂狗周期分别为3．4 ms，6．3 ms，102 ms，1．6 s。STD100xP引脚和封装如图1所示。
图1中1脚WD0：看门狗溢出后输出，漏级开路门使用时须接上拉电阻；2脚GND：接地；3脚EN：集成电路使能信号，低电平有效最低保持时间1&s；4脚WDI：时钟信号输入端(0．2～0．8)Vcc，上升沿定时器置数并启动；5脚Vcc：电源，2．7～5．5V。
5．2 STWD100的硬件设计
5．2．1 STWD100与51嵌入式系统连接原理图
STWD100同51单片机系统连接如图2所示。
该系统中嵌入式系统复位信号共有3种、上电复位、按键复位和看门狗定时器溢出复位。STDW100初始化设置有2种方式：
(1)当系统上电、使能信号EN=0，STWD100xY看门狗启动定时，定时周期为3．4 ms，在3．4 ms内WDO输出高电平，程序必须在3．4 ms内送入喂狗指令否则系统认为程序跑飞，WDO输出低电平系统自动复位，如图2所示。
(2)当WDI输入上升沿时看门狗定时器启动，启动后WDO保持原有高电平直到定时器3．4 ms后溢出WDO翻转，WDO输出低电平系统自动复位如图2所示。
5．2．2 STWD100的软件设计
根据STWD100时序原理，当系统上电初始化设置使能信号EN=0，WD0=1启动看门狗，程序在3．4 ms定时周期内喂狗防止系统死机或程序跑飞，如在3．4 ms内系统未检测到喂狗指令，WDO输出低电平系统自动复位，具体程序如下：
5．3 STWD100实验结果
STWD100技术比较成熟，基本不会出现由STWD100自身技术原因和缺陷带来的不稳定，关键是用户掌握好软件看门狗喂狗的时间和时序，喂狗时间过短系统效率不高，喂狗时间过长容易导致系统重启。STWD100xP时序图如图3所示。实验结果证明在几乎不占用CPU资源的情况下，系统加上STWD100硬件看门狗后，系统工作稳定度提高很多几乎没有出现死机和程序跑飞的情况，有效防止了系统干扰提高了系统稳定性和可靠性。
在有交流接触器、继电器、电机控制的程控喷泉控制系统中，加STWD100硬件看门狗，系统连续开关50次运行正常；连续工作12 h并不间断外加电机、焊机干扰，系统无死机、程序跑飞等异常情况出现，工作稳定可靠，解决了由继电器、交流接触器等器件动作时带来的干扰，引起CPU误动和死机等不稳定现象。在实际中应注意掌握好喂狗时间间隔，一般在1～2 ms效果最佳。STWD100硬件看门狗在不占用CPU资源的情况下，系统工作稳定度和可靠性提高到100％，可广泛用于继电器、接触器等具有较强干扰控制系统。
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如何提高单片机系统的抗干扰能力
单片机测控系统必须长期稳定、可靠运行，否则将导致控制误差加大，严重时会使系统失灵，甚至造成巨大损失。因此单片机的抗干扰问题已经成为不容忽视的问题。
　　随着单片机的发展，单片机在家用电器、工业自动化、生产过程控制、智能仪器仪表等领域的应用越来越广泛。然而处于同一电力系统中的各种电气设备通过电或磁的联系彼此紧密相连，相互影响，由于运行方式的改变，故障，开关操作等引起的电磁振荡会波及很多电气设备。这对我们单片机系统的可靠性与安全性构成了极大的威胁。单片机测控系统必须长期稳定、可靠运行，否则将导致控制误差加大，严重时会使系统失灵，甚至造成巨大损失。因此单片机的抗干扰问题已经成为不容忽视的问题。　　1 干扰对单片机应用系统的影响　　1.1测量数据误差加大　　干扰侵入单片机系统测量单元模拟信号的输入通道，叠加在测量信号上，会使数据采集误差加大。特别是检测一些微弱信号，干扰信号甚至淹没测量信号。　　1.2 控制系统失灵　　单片机输出的控制信号通常依赖于某些条件的状态输入信号和对这些信号的逻辑处理结果。若这些输入的状态信号受到干扰，引入虚假状态信息，将导致输出控制误差加大，甚至控制失灵。　　1.3 影响单片机RAM存储器和E2PROM等　　在单片机系统中，程序及表格、数据存在程序存储器EPROM或FLASH中，避免了这些数据受干扰破坏。但是，对于片内RAM、外扩RAM、E2PROM 中的数据都有可能受到外界干扰而变化。　　1.4 程序运行失常　　外界的干扰有时导致机器频繁复位而影响程序的正常运行。若外界干扰导致单片机程序计数器PC值的改变，则破坏了程序的正常运行。由于受干扰后的PC 值是随机的，程序将执行一系列毫无意义的指令，最后进入&死循环&，这将使输出严重混乱或死机。　　2 如何提高我们设备的抗干扰能力　　2.1 解决来自电源端的干扰　　单片机系统中的各个单元都需要使用直 流电源，而直流电源一般是市电电网的交流电经过变压、整流、滤波、稳压后产生的，因此电网上的各种干扰便会引入系统。除此之外，由于交流电源共用，各电子设备之间通过电源也会产生相互干扰，因此抑制电源干扰尤其重要。电源干扰主要有以下几类：　　2.1.1电源线中的高频干扰（传导骚扰）　　供电电力线相当于一个接受天线，能把雷电、电弧、广播电台等辐射的高频干扰信号通过电源变压器初级耦合到次级，形成对单片机系统的干扰；解决这种干扰，一般通过接口防护；在接口增加滤波器、或者使用隔离电源模块解决。　　2.1.2 感性负载产生的瞬变噪音（EFT）　　切断大容量感性负载时，能产生很大的电流和电压变化率，从而形成瞬变噪音干扰，成为电磁干扰的主要形式；解决这种干扰，一般通过屏蔽线与双胶线，或在电源接口、信号接口进行滤波处理。这二种方法都需要在系统接地良好的情况下进行，滤波器、接口滤波电路都必须良好的接地，这样才能有效的将干扰泄放。　　2.2 模拟信号采样抗干扰技术　　单片机应用系统中通常要对一个或多个模拟信号进行采样，并将其通过A/D转换成数字信号进行处理。为了提高测量精度和稳定性，不仅要保证传感器本身的转换精度、传感器供电电源的稳定、测量放大器的稳定、A/D转换基准电压的稳定，而且要防止外部电磁感应噪声的影响，如果处理不当，微弱的有用信号可能完全被无用的噪音信号淹没。在实际工作中，可以采用具有差动输入的测量放大器，采用屏蔽双胶线传输测量信号，或将电压信号改变为电流信号，以及采用阻容滤波等技术。　　2.3 数字信号传输通道的抗干扰技术　　数字输出信号可作为系统被控设备的驱动信号（如继电器等），数字输入信号可作为设备的响应回答和指令信号（如行程开关、启动按钮等）。数字信号接口部分是外界干扰进入单片机系统的主要通道之一。在工程设计中，对数字信号的输入/输出过程采取的抗干扰措施有：传输线的屏蔽技术，如采用屏蔽线、双胶线等；采用信号隔离措施；合理接地，由于数字信号在电平转换过程中形成公共阻抗干扰，选择合适的接地点可以有效抑制地线噪声。　　2.4 硬件监控电路　　在单片机系统中，为了保证系统可靠、稳定地运行，增强抗干扰能力，需要配置硬件监控电路，硬件监控电路从功能上包括以下几个方面：　　（1）上电复位：保证系统加电时能正确地启动；　　（2）掉电复位：当电源失效或电压降到某一电压值以下时，产生复位信号对系统进行复位；　　（3）电源监测：供电电压出现异常时，给出报警指示信号或中断请求信号；　　（4）硬件看门狗：当处理器遇到干扰或程序运行混乱产生&死锁&时，对系统进行复位。　　2.5 PCB电路合理布线　　PCB板设计的好坏对抗干扰能力影响很大。因此，在进行PCB 设计时，必须遵守PCB 设计的一般原则，并应符合抗干扰设计的要求。下面着重说明两点：　　2.5.1关键器件放置　　在器件布置方面与其它逻辑电路一样，应把相互有关的器件尽量放得靠近些，这样可以获得较好的抗噪声效果。时钟发生器、晶振和CPU 的时钟输入端都易产生噪声，要相互靠近些；CPU 复位电路、硬件看门狗电路要尽量靠近CPU相应引脚；易产生噪声的器件、大电流电路等应尽量远离逻辑电路。　　2.5.2 D/A、A/D 转换电路地线的正确连接　　D/A、A/D 芯片及采样芯片均提供了数字地和模拟地，分别有相应的管脚。在线路设计中，必须将所有器件的数字地和模拟地分别相连，但数字地与模拟地仅在一点上相连。另外，也可以采用屏蔽保护，屏蔽可用来隔离空间辐射。对噪声特别大的部件（如变频电源、开关电源）可以用金属盒罩起来以减少噪声源对单片机的干扰，对容易受干扰的部分，可以增加屏蔽罩并接地，使干扰信号被短路接地。　　2.6 软件抗干扰原理及方法　　尽管我们采取了硬件抗干扰措施，但由于干扰信号产生的原因错综复杂，且具有很大的随机性，很难保证系统完全不受干扰。因此，往往在硬件抗干扰措施的基础上，采取软件抗干扰技术加以补充，作为硬件措施的辅助手段。软件抗干扰方法具有简单、灵活方便、耗费低等特点，在系统中被广泛应用。　　2.6.1 数字滤波方法　　数字滤波是在对模拟信号多次采样的基础上，通过软件算法提取最逼近真值数据的过程。数字滤波的的算法灵活，可选择权限参数，其效果往往是硬件滤波电路无法达到的。　　2.6.2 输入信号重复检测方法　　输入信号的干扰是叠加在有效电平信号上的一系列离散尖脉冲，作用时间很短。当控制系统存在输入干扰，又不能用硬件加以有效抑制时，可用软件重复检测的方法，达到&去伪存真&的目的，直到连续两次或连续两次以上的采集结果完全一致时方为有效。若信号总是变化不定，在达到最高次数限额时，则可给出报警信号。对于来自各类开关型传感器的信号，如限位开关、行程开关、操作按钮等，都可采用这种输入方式。如果在连续采集数据之间插入延时，则能够对付较宽的干扰。　　2.6.3 输出端口数据刷新方法　　开关量输出软件抗干扰设计，主要是采取重复输出的方法，这是一种提高输出接口抗干扰性能的有效措施。对于那些用锁存器输出的控制信号，这些措施很有必要。在尽可能短的周期内，将数据重复输出，受干扰影响的设备在还没有来得及响应时，正确的信息又到来，这样就可以及时防止误动作的产生。在程序结构的安排上，可为输出数据建立一个数据缓冲区，在程序的周期性循环体内将数据输出。对于增量控制型设备不能这样重复送数，只有通过检测通道，从设备的反馈信息中判断数据传输的正确与否。在执行重复输出功能时，对于可编程接口芯片，工作方式控制字与输出状态字一并重复设置，使输出模块可靠地工作。　　2.6.4 软件拦截技术　　当窜入单片机系统的干扰作用在CPU 部位时，后果更加严重，将使系统失灵。最典型的故障是破坏程序计数器PC 的状态，导致程序从一个区域跳转到另一个区域，或者程序在地址空间内&乱飞&，或者陷入&死循环&。使用软件拦截技术可以拦截&乱飞&的程序或者使程序摆脱&死循环&，并将运行程序纳入正轨，转到指定的程序入口。　　2.6.5 &软件看门狗&技术　　PC 受到干扰而失控，引起程序&乱飞&，也可能使程序陷入&死循环&。当软件拦截技术不能使失控的程序摆脱&死循环&的困境时，通常采用程序监视技术WDT TIMER（WDT），又称&看门狗&技术，使程序脱离&死循环&。WDT 是一种软、硬件结合的抗程序跑飞措施，其硬件主体是一个用于产生定时T 的计数器或单稳，该计数器或单稳基本独立运行，其定时输出端接至CPU 的复位线，而其定时清零则由CPU 控制。在正常情况下，程序启动WDT 后，CPU 周期性的将WDT 清零，这样WDT 的定时溢出就不会发生，如同睡眠一般不起任何作用。在受到干扰的异常情况下，CPU 时序逻辑被破坏，程序执行混乱，不可能周期性的将WDT 清零，这样当WDT 的定时溢出时，其输出使系统复位，避免CPU因一时干扰而陷入瘫痪的状态。　　3 结束语　　随着单片机系统的广泛应用和技术的进步，电磁干扰问题越来越突出，推广现有的、成熟的抗干扰技术，研究抗干扰的新技术、新方向是单片机应用技术的当务之急。在单片机应用系统设计及应用中，只要充分考虑设备的电磁兼容性，并通过各种技术措施来消除干扰，就可以大大提高设备的稳定性和可靠性。
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DCS系统的抗干扰要求研究
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。
摘要：制约电厂系统安全、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（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。〔2〕张桢，牛玉刚。DCS与综述〔J〕。电气，2013，（01）：4-6+46。
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