SCADA系统可靠性设计

简介: SCADA系统可靠性设计

供电抗干扰措施

SCADA系统一般由交流电网供电(220V AC,50Hz),而现场的动力设备会随设备的不同有较大差别。电网的干扰,频率的波动将直接影响到系统的可靠性与稳定性。此外,在系统正常运行过程中,计算机的供电不允许中断,否则不但会使计算机丢失数据,而且还会导致严重的生产事故。因此,必须考虑采取电源保护措施,防止电源干扰,并保证不间断地供电。


1.供电系统的一般保护

SCADA系统的供电一般采用如图8.10所示的结构。交流稳压器的设置是为了抑制电网电压波动的影响,保证220V AC供电。由于交流电网频率为50Hz,其中混杂了部分高频干扰信号,故采用低通滤波器让50Hz的基波通过,而滤除高频干扰信号。最后由直流稳压电源给计算机供电,可采用开关电源。开关电源用调节脉冲宽度的办法调整直流电压,调整管以开关方式工作,功耗低。这种电源用体积很小的高频变压器代替了一般线性稳压电源中的体积庞大的工频变压器,对电网电压的波动适应性强,抗干扰性能好


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图 SCADA系统供电结构


2.电源异常的保护

由于计算机控制系统的供电不允许中断,所以一般采用不间断电源UPS,其原理如图8.11所示。正常情况下由交流电网供电,同时给电池组充电。如果交流电供电中断,电池组经逆变器输出交流代替外界交流供电,这是一种无触点的不间断的切换。UPS是用电池组作为后备电源。如果外界交流电中断时间长,就需要大容量的蓄电池组。在许多应用中,为了确保供电安全,采用交流发电机第二路交流供电线路。两路供电设计时,两路供电应引自不同的供电系统,保证在某一路供电电源停止时能够切换到另一路供电电源。

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具有不间断电源的供电结构


接地抗干扰措施

SCADA系统接地的目的有两个:一是抑制干扰,使计算机稳定工作;二是保护计算机,电气设备和操作人员的安全。但不恰当的接地不但不能抑制干扰,反而会造成极其严重的干扰,因此,正确的接地对SCADA系统极为重要。通常接地可分为工作接地和保护接地两大类。保护接地主要是为了避免操作人员因绝缘层的损坏而发生触电危险,以及保证设备的安全;工作接地则主要是为了保证控制系统稳定可靠地运行,防止形成环路引起干扰。


1.接地系统分析

由于SCADA系统中的“地”有多种,故接地线主要分为以下几类:模拟地、数字地、安全地、系统地、交流地。一般对上述各类地均采用分别回流法单点接地,如图

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回流线往往采用由多层铜导体构成的汇流条而不是一般的地线,这种汇流条的截面呈矩形,各层之间有绝缘层,可以减少自感。在要求较高的系统中,分别采用横向及纵向汇流条,机柜内各层机架间分别设置汇流条,以最大限度地减少公共阻抗的影响。在空间上将数字地汇流条与模拟地汇流条间隔开来,以避免通过汇流条间电容产生耦合。安全地(机壳地)始终是与信号地(数字地、模拟地)分离的。这些地只在最后汇聚一点,并常常通过铜接地板交汇,然后用线径不小于300 mm的多股铜软线焊接在接地极上后深埋于地下。关于接地板的要求及工程实现可参考有关设计手册。


在一般的SCADA系统中至少有三条分开的地线(为避免噪声耦合,3种地线应分开),如图8.13所示。一条是低电平电路地线;一条是继电器、电动机等的地线(称为“噪声”地线);一条是设备机壳地线(称为“金属件”地线)。若设备使用交流电源,则电源地线应和金属件地线相连。这三条地线应在一点连接接地。使用这种接地方法可解决SCADA系统的大部分接地问题。


2.输入通道的接地技术

1)电路一点地基准

实际的模拟量输入通道可以简化成由信号源、输入馈线和输入放大器3部分组成。这部分接地常见的错误是将信号源与输入放大器分别接地形成双端接地。由于各处接地体几何形状、材料、埋地深度不可能完全相同,土壤的电阻率等因地层结构各异也相差较大,使接地电阻和接地电位可能产生很大差异。这种接地电位的不相等,不仅会有磁场耦合的影响,而且还会引起环流噪声干扰。正确的接地方法是单端接地,即当接地点位于信号源端时,放大器电源不接地;当接地点位于放大器端时,信号源不接地。


2)电缆屏蔽层的接地

当信号电路是一点接地时,低频电缆的屏蔽层也应一点接地。如欲将屏蔽一点接地,则应选择较好的接地点。


3.主机外壳接地

机芯浮空是为了提高计算机的抗干扰能力,将主机外壳作为屏蔽罩接地。而把机内器件架与外壳绝缘,绝缘电阻大于50MΩ,即机内信号地浮空。这种方法安全可靠,抗干扰能力强,但制造工艺复杂,一旦绝缘电阻降低就会引入干扰。


4.多机系统的接地

在计算机网络系统中,多台计算机相互通信,资源共享,如果接地不合理,将使整个网络系统无法正常工作。若几台计算机的距离比较近(如安装在同一机房内),可采用类似图

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所示的多机一点接地的方法。各机柜用绝缘板垫起来,以防多点接地。对于远距离的计算机网络,多台计算机之间的数据通信,通过隔离的办法把地分开。

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