大型自动化系统控制对象特别是火力发电厂的现场工作环境非常复杂多变,存在着大量、复杂的电磁干扰, 如果这种静态与瞬态的干扰不能得到抑制与防护,轻则造成系统工作不稳定,重则造成电子设备故障甚至控制系统误动作从而造成重大事故。
电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。
所谓电磁干扰是指任何能使设备或系统性能下降的电磁现象。习惯上说，EMC包含电磁干扰(EMI)和电磁敏感性(EMI)两个方面。目前的控制系统专用电子设备间虽然提升了自动化系统的工作环境条件，但仍然不能杜绝通过空间电磁辐射、现场电缆串入、现场设备运行产生的诸多电磁干扰。
从见诸报道的很多系统运行故障反应，导致大部分的系统运行故障的因素来自于突发的干扰，而干扰源有的时候可以通过现场检修发现，有的瞬间干扰发生后无法得到跟踪使得同样的故障间或出现。
DCS控目前尚没有与现场实际运行相匹配的国家或者行业标准，从而使得相关系统制造厂商忽略或者轻视现场电磁干扰造成的设备长期运行可靠性的影响。
系统与设备的电磁兼容性目前在电力系统变电站综合自动化系统、电力系统电气测控与保护装置上得到了充分的重视，从而有了对应的标准规范，提升了变电站运行、测控与保护装置等设备的运行可靠性，随着DCS在发电厂为代表的大型自动化系统的深入应用，系统覆盖的范围已经不是传统的热工量，大批的电气量也接入系统，从而对系统的安全可靠性提出了更高的要求。
由此我们不难得到结论：产品和系统的电磁兼容性是与产品和系统功能设计同等重要的设计科目。DCS制造中的电磁兼容性设计水平与工程应用中设计水平同样重要。如果系统的功能性提高是提升了大型自动化控制系统控制水平，那么系统的电磁兼容特性是系统运行可靠性有力保证。
一、现场电磁干扰的来源与分类
图一 电磁干扰的来源
我国国家标准采用的GB/T 17626(等同国际电工委员会IEC61000系列标准)规范化了现场电磁干扰的强度以及设备抗扰度的等级和试验的方法。
二、系统电磁兼容性的工程实现方法
很多制造厂家在系统规划与产品设计时没有更好地考虑系统的电磁兼容性，一方面因为对系统的电磁兼容性没有充分认识。另一方面也因为电磁干扰试验设备投入资金的限制，使得产品和系统的抗扰度试验不能如同常规的研发模式在普通实验室内就可以完成。
但从工程以及系统的全局考虑，只有在系统设计的时候充分考虑现场可能产生影响的各种电磁干扰，通过适当的综合性的措施，包括电路和结构方面的技术措施，电磁兼容问题可以在最优的技术和成本条件下得到解决。
比如某系统在某机组投产调试时发生模拟量信号大范围波动使得系统安全生产造成重大隐患，而干扰的认定和排除损耗大量人力与财力资源，这还是在系统调试情况下发生的，如果系统正在运行，则系统停机造成的财富损失将更为严重。
因此，系统电磁兼容性问题在系统设计时考虑的越全面，采取措施越有效，在工程实际应用中的成本才可以最小。
如下图所示：
电磁兼容性设计最后希望达到的效果是：
1) 系统内部的设备之间相互不干扰，对外部的干扰不受影响;
2) 构成系统的各相关部件在现场实时运行中达到预期的功能;
3) 满足电磁兼容标准的要求。
图二 系统电磁兼容性对工程成本的影响
三、电磁兼容性的系统实际解决方式
系统电磁兼容性的解决包含很多的方面，同时也包含在构成系统的所有要素中。下面，着重从几个方面结合TCS3000分散控制系统的设计对这个问题进行探讨：
1) 屏蔽技术的应用
屏蔽技术是最常见的抗干扰措施，屏蔽是把不同设备之间通过屏蔽层进行分割，以达到屏蔽层内外设备相互不干扰的目的。电磁屏蔽的方式解决电磁干扰问题的最大好处是不会影响电路的正常工作，因此不需要对电路进行修改。
干扰源既来自屏蔽层外部，同样屏蔽层内部的电路也同样会产生电磁辐射。屏蔽层的目的是通过吸收和反射将这种辐射干扰进行衰减以达到不影响电路正常工作的目的。0.5mm铝板的综合屏蔽效能如图所示：
图三 屏蔽层分割干扰源的屏蔽效能
结合DCS的模件、机箱、机柜、信号电缆的思考，有金属外壳的I/O模件肯定会比没有外壳或塑料外壳屏蔽效果好得多，屏蔽电缆比没有屏蔽的效果好。注意屏蔽设计方法要正确。
2) 接地与搭接技术
对于任何一个控制系统，信号的地是非常重要的干扰产生的途径。因此我们首先必须清醒的认识地线的含义与作用，才能有效地进行接地。而不同设备与相关联的地线的连接以及不同地之间的连接就是搭接。传统地线的定义：作为电路参考点的点。地线电位为系统中所有电路提供一个电位基准。
但在实际应用中我们可以发现，实际的地线上各点的地电位是不相同的，同时也不符合基尔霍夫定理，流进节点的电流等于流出节点的电流。而这种地电位的不同是造成地线产生电磁干扰的本质。
新的地线定义：地线定义为信号流回信号源的低阻抗路径。这个定义突出了地电流的流动，反映了实际地线上的电位状况。因此我们首先要正确的划分地线类型并通过可靠的搭接使得干扰的影响最小。
安全地的作用：a) 防止触电伤害事故的地线;b) 泄放雷击能量的地线;c) 泄放静电荷的地线;d) 保护等电位需要接地
静电对电子设备会产生危害，这种危害通过静电电荷导致的高压与静电电荷产生放电时产生的电流而作用于设备内的器件和电路，同时这种电流还会产生很强的电磁场。因此需要通过接地将这种积累的电荷释放掉。
机箱、机柜可靠的等电位接地将有效减小电缆信号传输带来的共模电压，从而提高整个系统的共模抑制比。
图四 安全地的接地
信号地的划分：根据前面对于地线新的定义，TCS3000系统通过独特的信号地的划分以达到减少地环路造成对相关电路的干扰。
地环路干扰形成的原因：A) 两个设备之间的地电位不同，从而形成地电压。通过设备、电缆、地之间形成环路之间产生电流，由此产生差模电压;B) 由于互联设备处于较强的电磁场中，电磁场通过设备、电缆、地之间产生感应电流，形成干扰。
因此我们最重要的是通过减小地线的阻抗以及增加地环路的阻抗来消除地环路干扰，实际上，当阻抗无限大时，也就是切断地环路，从而消除了地环路的干扰。
图五 地环路的物理结构
在实际应用中，我们可以发现经常出现屏蔽电缆屏蔽层接地但没有什么好效果的现象，实际上，产生这类问题的根本原因是忽略了电缆屏蔽层构成的地环路的干扰，所以，电缆的屏蔽层必须接地，但同时要接到信号参考地上。
单点接地：所有电路接到公共地线的同一点。优点：避免了地环路。缺点：长地线造成地线阻抗加大产生谐振。
多点接地：所有电路就近接到公共地线上。缺点：形成多个地环路。
图六 接地方式示意图
现场设备的混合接地：大型系统的现场设备的电磁兼容性同样重要，特别是对于火力发电厂这样的大型系统，诸如锅炉这样的超高温设备，在屏蔽层泄漏的情况下，将产生强力的高频电磁干扰，而现场检测和执行机构如果没有可靠接地，则现场的干扰将通过电缆传输到控制系统中去。因此，对于现场设备产生高频干扰，需要利用电容、电感等器件在不同频率下的不同阻抗特性构建混合接地系统。可以有效避免现场突发的高频和低频干扰的影响。
3)DCS系统对瞬态干扰的抑制
与前面所述常见电磁干扰不同的是，现场设备运行过程中经常产生瞬态干扰。这类干扰时间很短，但幅度较大。同时因为发生的时间难以控制。所以对系统安全运行构成极大的隐患。常见的瞬态干扰包括：电快速脉冲(EFT)、浪涌(SURGE)、静电放电(ESD)。其中最复杂多变的就是电快速脉冲(EFT)干扰。电快速脉冲(EFT)由电路中的感性负载断开时产生，其特点不是一个单个脉冲，而是一连串的脉冲，因此，他对电路的影响比较大，因为一连串的
