Análise das causas de interferência nos sinais DCS e suas formas de supressão

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Com o desenvolvimento da indústria em nosso país, as exigências quanto ao nível de automação dos sistemas de controle industrial também vêm aumentando. Para atender a essas necessidades de automação, os sistemas DCS são amplamente utilizados no controle automático industrial. Portanto, a confiabilidade do sistema de controle DCS afeta diretamente a segurança na produção e o funcionamento econômico das empresas industriais. A capacidade do sistema de resistir a interferências é um fator crucial para o funcionamento confiável de todo o sistema. Atualmente, a maioria dos sistemas de controle utilizados em sistemas automatizados encontra-se em um ambiente eletromagnético hostil, formado por circuitos de alta tensão e equipamentos elétricos de alta potência. Na área de construção, ao haver transmissão de sinais entre equipamentos elétricos, instrumentos, sistemas de controle DCS e entre os próprios sistemas DCS, costumam ocorrer interferências, o que pode causar instabilidade no sistema ou até operações errôneas. Isso exige atenção especial. —— Quais são as principais interferências causadas – interferência por acoplamento resistivo? Durante o funcionamento, muitas fábricas negligenciam o problema do envelhecimento dos fios elétricos. Quando vários circuitos de sinal transmitem sinais ao mesmo tempo, o envelhecimento do material isolante dos fios pode causar vazamentos de eletricidade, afetando assim os outros sinais em transmissão e causando interferências neles. Além disso, não apenas o envelhecimento dos fios de sinal pode afetar os outros fios de sinal, mas também alguns circuitos de alta potência (como, por exemplo, circuitos que geram calor) podem causar grandes interferências nos sinais caso seus fios envelheçam durante o uso. Interferência por acoplamento capacitivo-indutivo: normalmente, o painel de controle do local a ser controlado possui muitos cabos de sinal. Alguns desses cabos são instalados em canaletas para cabos, enquanto outros são colocados em tubulações. Quando vários sinais são transmitidos ao mesmo tempo, a distribuição de capacitância entre eles pode causar interferências nos demais cabos de sinal. Especialmente, é formado um fluxo magnético alternado ao redor dos fios de sinal de comunicação, o que por sua vez gera uma diferença de potencial entre os condutores em paralelo, causando interferências nos sinais elétricos. Interferência por raios: Quando ocorrem raios, pode haver uma grande interferência eletromagnética ao redor do sinal desejado. Claro, as vias de introdução dessa interferência também podem ocorrer por meio de diversos fios de aterramento. Existem principalmente 2 maneiras de interferência causada por raios: uma delas é através das linhas de alimentação aéreas, o que faz com que as linhas de sinal sejam afetadas pelos raios e sofram interferências ； Outra possibilidade é que o cabo de sinal seja atingido por um raio, o que faz com que se forme uma distribuição de couplagem capacitiva e indutiva ao longo do cabo de sinal. Isso gera interferências significativas; em casos graves, pode danificar os equipamentos e causar acidentes com pessoas. Interferências nas linhas de alimentação: Devido ao fato de os equipamentos de grande porte nas usinas serem ligados e desligados com frequência, as operações de acionamento desses componentes também são frequentes. Quando esses motores de grande porte são ligados ou desligados, é gerado um campo magnético alternado intenso e momentâneo. Campos magnéticos alternados causam acoplamento nas linhas de sinal, o que gera interferências no sistema. Além disso, esses campos magnéticos alternados também causam interferências de alta frequência nas linhas de alimentação. Se o nível dessas interferências exceder os limites estabelecidos, isso também afetará o sistema. Para garantir a proteção do sistema ao se acionar motores de grande porte, pode-se utilizar transformadores no circuito, de modo a evitar que variações excessivas de tensão gerem um campo magnético alternado durante a ativação dos motores. —— A principal causa de interferências são os problemas com os materiais e equipamentos. Os sinais de controle que chegam ao sistema DCS geralmente são transmitidos por meio de cabos, que servem como meio de transmissão desses sinais. Quando o material isolante dos cabos se degrada ou quando o material de blindagem é danificado, eles podem ser afetados por outras fontes de interferência eletromagnética. Essas interferências causam erros nas medições, e em casos graves, podem até danificar os equipamentos. Construção não padronizada: No sistema de controle DCS, muitos sinais são frequentemente conectados ao DCS ao mesmo tempo. Essas linhas de sinal passam ou por canaletas de cabos ou por tubulações de cabos, fazendo com que muitos tipos diferentes de cabos estejam instalados no mesmo caminho. Existe uma capacitância distribuída entre esses sinais, e é por meio dessa capacitância distribuída que as interferências são transmitidas para outras linhas de sinal. Ao mesmo tempo, o ambiente ao redor do sinal transmitido gera um fluxo magnético variável; por exemplo, fiações de energia, motores, geradores, transformadores de alimentação e relés são todos capazes de gerar esse campo magnético. Esses campos magnéticos costumam causar grandes interferências. Conexão à terra inadequada: um acidente comum relacionado à conexão à terra é quando as duas extremidades do cabo de sinal são conectadas à terra. Isso gera interferências significativas devido à diferença de potencial elétrico no solo. Se as duas extremidades do cabo de sinal forem conectadas à terra ao mesmo tempo, pode haver uma grande diferença de potencial. Essa diferença de potencial pode gerar uma corrente circulante significativa no cabo entre as duas extremidades. Geram ondas eletromagnéticas, interferindo nos sinais. Além disso, a resistência de aterramento total do sistema DCS não atende aos requisitos para o funcionamento normal do sistema DCS, entre outros problemas. —— Como reduzir as interferências — Garantindo o uso adequado dos cabos de sinal. Durante o uso dos cabos de sinal, é necessário evitar que vários deles fiquem entrelaçados. Além disso, é preciso realizar inspeções periódicas nos cabos, reparando ou substituindo aqueles cujo revestimento isolante está danificado. Isso garante o uso adequado dos cabos de sinal e evita interferências na transmissão dos sinais devido a vazamentos de eletricidade. Os cabos devem ser instalados em camadas separadas. Isso permite isolar os cabos que transmitem sinais diferentes. Ao organizar os cabos em camadas, é possível controlar sua interação, garantindo assim que eles não interfiram uns com os outros. Para cabos que transmitem o mesmo sinal, também é necessário evitar, na medida do possível, que as linhas fiquem muito entrelaçadas. Como as portas de computador conseguem analisar os sinais com certa precisão, a interferência entre sinais semelhantes pode afetar as decisões tomadas pelo computador, causando erros na análise durante seu funcionamento. Isolação dos cabos de sinal: durante a operação do equipamento, pode-se utilizar a isolação por meio de cabos para separar os sinais, garantindo assim que eles não interfiram uns nos outros. Mas o método de isolamento não apenas permite isolar os cabos de transmissão de sinais, mas também classificar e isolar os sinais no lado do computador. Ao utilizar esse método de isolamento, é possível reduzir significativamente os danos causados pela interferência em modo comum ao computador. Também é possível utilizar amplificadores de isolamento para isolar completamente a entrada do sinal do computador. Dessa forma, é possível criar um circuito que impeça a formação de sinais de interferência, reduzindo assim os efeitos negativos dessas interferências e garantindo o funcionamento normal do sistema. Isolação do sistema de alimentação: Como, em alguns locais, é comum se fazer a ligação e desligamento de motores de alta potência, o processo de ligação/desligamento gera sinais de alta frequência. Para evitar que esses sinais eletromagnéticos de alta frequência interfiram no sistema, pode-se utilizar transformadores nas linhas de alimentação, a fim de controlar os sinais eletromagnéticos gerados pelo ligação/desligamento dos motores de alta potência, evitando assim qualquer impacto no sistema. Torção e blindagem: a torção dos fios de sinal, ou seja, o uso de par trançado em vez de fios paralelos, permite reduzir as interferências causadas por campos magnéticos. O blindamento consiste em usar condutores metálicos para isolar componentes, conjuntos e linhas de sinal. A blindagem pode suprimir eficazmente o ruído de acoplamento capacitivo. O método mais comum é conectar sinais analógicos por meio de par trançado blindado. Geralmente, não apenas o ruído elétrico interfere nos sinais, mas também campos magnéticos alternados intensos podem interferir neles. Portanto, não é necessário considerar apenas a blindagem elétrica, mas também a blindagem magnética. Para isso, podem ser utilizados condutores com excelentes propriedades magnéticas (como ferro, níquel, etc.) para implementar medidas de blindagem. É importante garantir uma boa conexão à terra. No sistema de aterramento do DCS, isso tem dois principais propósitos: por um lado, quando sinais ou fontes de alimentação entram no sistema DCS, ou quando ocorrem falhas nele, esse sistema consegue suportar correntes excessivas e transferi-las para o solo ； Por outro lado, o sistema de aterramento pode fornecer uma camada de blindagem para o DCS, isolando assim as interferências causadas por ruídos eletrônicos. Além disso, ele pode fornecer um potencial zero de referência para todo o sistema. Portanto, o sistema DCS geralmente inclui 2 tipos de aterramento: de operação e de proteção.