控制系统信号跳变实例分析与处理

【摘 要】 控制系统中由于信号测量回路或外部干扰信号引起的测点跳变是控制系统信号检测中较为常见又较难判断处理的一类问题，本文针对控制系统管理维护中遇到的信号跳变几个典型实例，说明引起信号跳变的常见原因和处理方法。

【关键词】 控制系统 干扰 信号跳变

1 产生信号跳变的主要原因

控制系统信号跳变的原因主要有测点安装问题、测量元件问题、信号回路电缆问题、不同频率电磁谐波引起的各种串共模干扰、以及控制系统内部系统问题等。要彻底消除问题就必须全面仔细的排查、分析定位故障原因，对症确定解决办法。对于传感器及信号回路故障的处理主要是定位故障点，消除故障原因；对于干扰造成的跳变主要是采用避开、隔离等措施屏蔽掉干扰源以及使用滤波手段消除干扰信号等措施进行处理。

以下是生产过程中控制系统信号跳变处理的一些具体事例。

2 信号跳变分析处理实例

2.1 数据采集站热电阻测点指示跳变

故障现象：#1机组检修后一个采集站（分散数据采集系统）的几乎所有热电阻测点数据指示跳变或错误。原因分析：全面检查后发现热电阻测量桥路供电电源（由可调整的24V直流稳压电源供电）仅有4.5V，桥路电源设计规定不得低于12V，可能是停电检修时误动稳压电源调压旋钮造成。故障处理：调整桥路稳压电源电压调整旋钮，使电压升压到12V以上，该采集站热电阻测点指示恢复正常。

2.2 汽机轴瓦温度测点跳变

故障现象：#1机组小修后期发现汽机#3、4、5、6瓦瓦温和回油温度测点系统显示频繁波动。原因分析：用万用表就地测量温度元件参数正常，在端子柜检查测量回路电阻有明显波动，说明元件到端子柜电缆可能存在问题。沿电缆走向仔细检查发现，信号电缆从汽轮机缸体下方穿过时，信号电缆所在线槽从蒸汽管道旁边经过，由于蒸汽管道保温在上次检修时被踩踏损坏未及时修复，机组运行期间蒸汽管道的高温导致信号电缆碳化，检修时临近的汽机检修工作对电缆槽架的踩踏使碳化的电缆绝缘进一步损坏，周围检修工作对电缆的触碰直接引起绝缘电阻发生变化影响回路电阻，发生温度显示波动。故障处理：重新接线并处理好绝缘，恢复并保温措施，利用二次检修机会选择安全走向重新敷设信号电缆。

2.3 锅炉主汽温度测点跳变

故障现象：#2机组DCS系统锅炉主汽温度测点跳变。原因分析：检查测量元件和补偿导线、DCS通道均未发现问题。用示波器长时间观察也未发现明显跳变。经仔细分析发现跳变主要发生在阴雨天，检查就地元件，发现温度元件的补偿导线蛇皮管破损，导线进入测量元件接线盒部位未密封，下雨时雨水顺导线流入接线盒进入测量套管内部导致热电偶测量端温度大幅下降。故障处理：将原件接线盒式改为固定卡套式安装，并对接线部分进行密封处理。

2.4 内冷水流量测点跳变

故障现象：2003年2月，#2机组发电机冷却水流量信号在DCS系统趋势图中出现跳变，随后的几个月里又出现多次跳变现℃象，此测点流量低报警与内冷水压力低相与后延时30秒进行发电机断水保护。原因分析：对变送器测量内外回路进行了全面检查，期间在机柜侧安装信号监视录波仪，并按下图1使用备用通道对信号进行并行监视。同时先后采取了更换变送器、信号电缆，检查冲洗取样管路，更换DCS系统测量通道，均未解决问题。

排除变送器、取样管路、信号电缆、系统软硬件存在问题的可能。唯一没有检查更换的只有流量孔板。故障处理：订购新的流量孔板，利用检修机会进行更换。检查拆下的旧孔板发现取压室已锈蚀严重。更换孔板后内冷水流量测点跳变现象消失。

2.5 DCS系统AGC指令信号跳变

故障现象：远动至DCS系统AGC（自动发电控制）信号连续跳变，AGC无法投入运行。原因分析：网调远动AGC信号至DCS为4-20mA模拟信号，用万用表测量4-20mA输入信号，未发现异常。经对信号回路进行分析，DCS系统4-20mA输入通道的24V供电采用负端接地的方式，远动AGC输出的4-20mA信号同样使用负端接地方式，从而是测量回路在输入输出两侧形成地电势差，£导致测点跳变。故障处理：在DCS信号输入端加装4-20mA信号隔离器，消除信号回路两点接地，AGC信号跳变消失。

2.6 汽机瓦振测点信号跳变

故障现象：#1机TSI系统#7瓦（发电机侧）经常出现信号跳变现象。原因分析：使用示波器对就地传感器输出信号进行观察发现存在较强的干扰信号。考虑瓦振探头采用螺纹连接直接安装在发电机端盖上，发电机内部电磁干扰信号在端盖上的感应电势通过探头与汽机壳体的金属连接影响了瓦振探头内部测量电路的正常工作。故障处理：在探头和端盖之间安装绝缘树脂底座将探头和端盖进行绝缘隔离后，跳变现象消失。

2.7 闭式循环水温度测点跳变

故障现象：#2机循环水母管温度测点出现频繁跳变。原因分析：循环水母管温度测点信号回路电缆首先由就地温度元件转接到就地中间接线盒，再由中间接线盒通过多芯屏蔽电缆送到DCS接线柜。检查接地温度元件无问题，在中间接线盒处解线测量，发现元件侧回路阻值跳变，信号线对地有交流电压信号。检查发现此段电缆为非屏蔽电缆，干扰原因应该是受到槽架内其它电缆的电磁干扰。故障处理：将热电阻至中间接线盒的电缆更换为屏蔽电缆，并将其一端接地，处理后测点恢复正常。

2.8 凝结水泵线圈温度测点信号跳变

故障现象：#3机组凝结水泵线圈温度第7点在泵运行期间信号温度显示错误。原因分析：就地测量线圈温度热电阻阻值正常，用示波器检查发现电阻测量信号耦合有交流干扰信号。故障处理：由于线圈测温电阻预埋在凝结水泵电机线圈内部，无法对元件引线进行电磁屏蔽检查处理。为消除干扰，选择合适的电容对干扰信号进行滤波后，用示波器观察干扰信号基本消除，测点恢复正常。 2.9 DCS系统单回路自动调节系统出现频繁退出自动现象

故障现象：#2机组检修结束投入运行后，发现DCS系统中多个单回路自动调节系统在自动调节✫过程中经常出现没有自动跳闸条件和手动退出指令的情况下跳到手动状态。原因分析：首先在历史站做相关自动跳闸条件的趋势分析，未发现异常；所有自动退出的跳变都集中在同一个控制器中，本控制器小修进行了控制逻辑修改和编译下装，怀疑控制器编☢译下装中存在问题，因此对控制器进行重新进行编译下装发现重新编译下装后不但没有解决问题，跳变点又有增加，切换到备用控制器工作，故障依旧；更换控制器并聘请DCS厂家技术人员帮助检查控制器设置和组态均未发现问题；此型DCS系统自动投切条件及信号保持是由操作员站按1秒周期连续发送到DPU的信号来维持的，一旦信号传输出现一次错误就可能会造成误动，但考虑信号跳变主要出现在固定的几个自动调节系统上，且都在同一控制器上，可能还是由于控制器内部通信管理存在问题。故障处理：此故障比较特殊，厂家技术人员也未能查出具体原因，机组运行期间很难进行进一步的深入研究测试，考虑到此型DCS系统已列入升级改造计划，因此决定采用在跳自动逻辑输出端增加延时的办法来避开瞬间的信号变化，增加2秒延时后故障消失。

2.10 给水泵再循环调节执行器指令信号跳变

故障现象：给水泵再循环调节执行器运行中频繁出现自开现象。原因分析：#3机组给水泵执行器为美国利米托克UE3执行器，运行中频繁出现自开和摆动，初始认为是阀门板卡存在问题，先后多次更换控制板、电源板，更换后一般能恢复正常，但很快故障重现，后用示波器监视阀门4-20mA直流指令信号中叠加有明显的随机交流干扰信号，造成阀门指令波动。故障处理：在就地接线盒指令信号端子上加装阻容滤波消除干扰信号后，故障消除。

2.11 给水流量测点跳变

故障现象：#5机组启动时发现给水流量测点显示反复波动。原因分析处理：查看近期趋势变化，发现测量数值是几天前逐渐下降的，端子柜测量信号数值与显示相符。就地检查发现变送器内部端盖内存在积水，分析原因是由于检修期间汽机6米平台排放的积水沿电缆槽流入0米变送器线槽，又沿变送器信号线蛇皮管流入变送器内部，造成内部接线端子间短路，引起信号输出波动。故障处理：将变送器内部积水排放后，故障消除。为防止此类故障再次发生，将变送器蛇皮管入口进行密封，线槽下部开孔以避免线槽内积水。

3 结语

DCS测点跳变原因较多，既可能是设备原因也可能是干扰问题，根据以上实例可以看出，有多个信号跳变时，应重点核查与之相关的系统故障因素，当单一信号跳变时重点检查此信号回路的元器件、工作环境、安装方式、线缆屏蔽、接地、以及是否存在干扰源等。在平时的检修维护时注意检查设备是否存在以上提到的可能引起信号跳变的各种隐患ช。只要我们清楚的了解跳变产生的各种原理和故障特点，充分利用好示波器、波形记录仪等记录分析仪器，就能较为快速的进行问题定位并有针对性的提出解决办法。希望本文的实例能为解决DCS测点跳变问题的处理提供一点有益的思路。