Análisis de las causas de la interferencia en las señales DCS y su mitigación

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Con el desarrollo industrial de nuestro país, también aumentan las exigencias en cuanto al nivel de automatización de los sistemas de control industrial. Para satisfacer estas necesidades de automatización, los sistemas DCS se han utilizado ampliamente en el control automático industrial. Por lo tanto, la fiabilidad del sistema de control DCS afecta directamente la seguridad en la producción y el funcionamiento económico de las empresas industriales. La capacidad del sistema para resistir las interferencias es un factor clave para garantizar su funcionamiento fiable. Actualmente, la mayoría de los sistemas de control utilizados en los sistemas automatizados se encuentran en un entorno electromagnético hostil, formado por circuitos y equipos de alta tensión. En el lugar de construcción, cuando se transmiten señales entre los equipos eléctricos, los instrumentos, los sistemas de control DCS y entre los propios sistemas DCS, a menudo surgen interferencias que causan inestabilidad en el sistema e incluso operaciones erróneas. Esto es algo que debe tomarse en serio. —— ¿Cuáles son las principales fuentes de interferencias? La interferencia por acoplamiento por resistencia ocurre durante el funcionamiento, ya que muchas fábricas descuidan el problema del envejecimiento de los cables. Cuando varias líneas de señal transmiten señales al mismo tiempo, el envejecimiento del material aislante de los cables puede causar fugas de corriente, lo que afecta a las demás señales transmitidas y genera interferencias en ellas. Además, no solo el envejecimiento de los cables de señal puede afectar a otros cables de señal, sino que también algunos circuitos de alta potencia (por ejemplo, los circuitos que generan calor) pueden causar grandes interferencias en las señales si sus cables envejecen durante su uso. La interferencia por acoplamiento capacitivo e inductivo ocurre cuando el gabinete de control del sistema a controlar cuenta con numerosas líneas de señal. Estas líneas pueden estar protegidas mediante canaletas para cables o tuberías para cables. Especialmente cuando se realizan conexiones simultáneas de múltiples señales, la distribución de capacidades entre ellas puede causar interferencias en las demás líneas de señal. En particular, se genera un flujo magnético alternativo alrededor de los cables de señal de comunicación, lo que a su vez produce una diferencia de potencial entre los conductores en paralelo, causando así interferencias en las señales eléctricas. Interferencias por rayos: Cuando ocurren los rayos, pueden generarse grandes interferencias electromagnéticas alrededor de la señal deseada. Por supuesto, las vías a través de las cuales se introducen estas interferencias también pasan, en cierta medida, por los diferentes cables de tierra. Existen principalmente 2 formas de interferencia por rayos: una es a través de los cables de alimentación aéreos, lo que hace que los cables de señal se vean afectados por los rayos y sufran interferencias ； Otra posibilidad es que el cable de señal sea alcanzado por un rayo, lo que provoca la formación de acoplamiento capacitivo e inductivo en las líneas de señal. Esto genera interferencias significativas; en casos graves, puede dañar los equipos e incluso causar accidentes personales. Interferencias en las líneas de suministro eléctrico: Dado que los grandes equipos de la central eléctrica se encienden y apagan con frecuencia, también se realizan muchas operaciones de encendido/apagado de esos componentes grandes. Al hacerlo, se generan campos magnéticos alternativos intensos y momentáneos. Los campos magnéticos alternativos se acoplan a los cables de señal, lo que provoca interferencias en el sistema. Además, estos campos magnéticos alternativos también generan interferencias de alta frecuencia en los cables de alimentación. Si el nivel de estas interferencias supera los límites establecidos, también afectarán al sistema. Para proteger el sistema al encender y apagar motores de gran tamaño, se puede utilizar un transformador en el circuito, a fin de evitar que la gran variación de voltaje genere un campo magnético alterno al encender o apagar el motor. —— La principal causa de las interferencias son los problemas relacionados con los materiales y equipos. Las señales de control que se envían al sistema DCS suelen transmitirse a través de cables. Cuando el material aislante de estos cables se deteriora o cuando su revestimiento protector se daña, pueden verse afectadas por otras fuentes de interferencia electromagnética. Estas interferencias causan errores en las mediciones; en casos graves, incluso pueden dañar los equipos. Construcción no conforme: En los sistemas de control DCS, a menudo muchos sensores se conectan al mismo tiempo al DCS. Estas líneas de señal se encuentran ya sea en canaletas para cables o en tuberías para cables, lo que hace que en el sitio haya muchos tipos diferentes de cables que recorren el mismo trayecto. Entre estas señales existe una capacitancia distribuida, y es a través de esta capacitancia distribuida que las interferencias se transmiten a otras líneas de señal. Al mismo tiempo, el entorno en el que se transmite la señal genera un flujo magnético alternativo; por ejemplo, las líneas de alimentación, los motores, los generadores, los transformadores de corriente y los relés son fuentes que producen este tipo de campo magnético. Estos campos magnéticos suelen causar grandes interferencias. La conexión a tierra no es adecuada. Un problema común relacionado con la conexión a tierra es cuando ambos extremos de la línea de señal están conectados a tierra; esto genera una gran interferencia debido a la diferencia de potencial eléctrico. Si los dos extremos del cable de señal se conectan a tierra al mismo tiempo, puede producirse una gran diferencia de potencial. Esta diferencia de potencial puede generar una corriente circular considerable en el cable que conecta esos dos extremos. Producen ondas electromagnéticas, que interfieren con las señales. También, la resistencia de puesta a tierra total del sistema DCS no cumple con los requisitos necesarios para el funcionamiento adecuado del mismo, entre otros problemas. —— Cómo reducir las interferencias: garantizar el uso adecuado de los cables de señal. Durante el uso de los cables de señal, es necesario evitar que varios cables se enreden entre sí. Además, se debe realizar una inspección periódica de los cables; aquellos cuyo aislamiento esté dañado deben ser reparados o reemplazados, a fin de asegurar su correcto funcionamiento y evitar fugas de corriente que puedan interferir con la transmisión de las señales. Se colocan los cables en capas separadas. De esta manera, los cables que transmiten diferentes señales quedan aislados entre sí. Al organizar los cables en capas, se logra controlar su interacción, asegurando así que no haya interferencias entre ellos. En el caso de los cables que transmiten la misma señal, también se debe evitar, en la medida de lo posible, que las líneas estén muy entrelazadas. Dado que los puertos de la computadora pueden analizar las señales con cierto grado de precisión, si existen señales similares que interfieren entre sí, esto afectará la capacidad de la computadora para tomar decisiones, lo que a su vez puede causar errores en el análisis durante el funcionamiento de la computadora. Aislamiento de las líneas de señal: Durante el funcionamiento del equipo, se puede utilizar el aislamiento por cable para separar las señales, de modo que estas no interfieran entre sí. Pero el método de aislamiento no solo permite aislar los cables de transmisión de señales, sino que también permite clasificar y aislar las señales en el ordenador. Al utilizar este método de aislamiento, se puede reducir en gran medida el daño que las interferencias en modo común causan a la computadora. También se puede utilizar un amplificador de aislamiento para separar por completo el extremo de entrada de la señal del ordenador. De esta manera, se pueden crear circuitos que impidan que las señales de interferencia se conecten entre sí, lo que reduce los efectos negativos de dichas interferencias y garantiza el funcionamiento normal del sistema. Aislamiento del sistema de alimentación: Dado que en algunos lugares se suelen encender y apagar motores de alta potencia, durante este proceso se generan señales de alta frecuencia. Para evitar que estas señales electromagnéticas interfieran con el sistema, se pueden instalar transformadores en las líneas de alimentación. De esta manera, se puede controlar las señales electromagnéticas de alta frecuencia generadas por la activación y desactivación de los motores de alta potencia, evitando así cualquier impacto negativo en el sistema. Torsión y blindaje: La torsión de los cables de señal, es decir, el uso de pares trenzados en lugar de cables paralelos, permite reducir las interferencias causadas por campos magnéticos. La blindaje consiste en utilizar conductores metálicos para aislar los componentes, las piezas y las líneas de señal. La blindaje puede suprimir muy bien el ruido de acoplamiento capacitivo. El método más común es conectar las señales analógicas mediante par trenzado blindado. Por lo general, no solo el ruido eléctrico interfiere con la señal, sino que también los campos magnéticos alternos intensos interfieren con ella. Por lo tanto, no solo es necesario considerar la blindaje eléctrico, sino también el blindaje magnético. Para lograr esto, se pueden utilizar conductores con excelentes propiedades magnéticas (como el hierro, el níquel, etc.) como medio de protección. Es importante garantizar una buena conexión a tierra. En el caso del sistema de conexión a tierra del DCS, esta función se divide en dos aspectos: por un lado, permite soportar corrientes excesivas cuando las señales o fuentes de alimentación ingresan al sistema DCS, o cuando este sufre algún fallo; por otro lado, permite transmitir dichas corrientes hacia el suelo ； Por otro lado, el sistema de puesta a tierra puede proporcionar una capa de blindaje al DCS, lo que a su vez permite aislar las interferencias causadas por ruidos electrónicos. Además, puede ofrecer un potencial cero de referencia para todo el sistema. Por lo tanto, el sistema DCS suele incluir dos sistemas de puesta a tierra: uno para el funcionamiento y otro para la protección.