淺析DCS控制系統(tǒng)接地的應(yīng)用與要求

引言

隨著化工行業(yè)的迅速發(fā)展和自動化水平的提高，dcs控制系統(tǒng)已在國內(nèi)石化、電力、醫(yī)藥等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，這對保證企業(yè)的安全穩(wěn)定生產(chǎn)起到了十分重要的作用，并取得了良好的效果。

dcs合理、可靠的系統(tǒng)接地，是dcs系統(tǒng)非常重要的內(nèi)容。為了保證dcs系統(tǒng)的監(jiān)測控制精度和安全、可靠運行，必須對系統(tǒng)接地方式、接地要求、信號屏蔽、接地線截面選擇、接地極設(shè)計、接地箱布置等方面，進行認(rèn)真設(shè)計和統(tǒng)籌考慮。本文根據(jù)dcs系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)范要求，根據(jù)實際對dcs系統(tǒng)接地進行討論和簡要的介紹。

2dcs系統(tǒng)接地的基本要求

dcs系統(tǒng)接地是為了保證當(dāng)進入dcs系統(tǒng)的信號、供電電源或dcs系統(tǒng)設(shè)備本身出現(xiàn)問題時，可靠的接地系統(tǒng)能承受過載電流并可以迅速將過載電流導(dǎo)入大地。接地系統(tǒng)能夠為dcs提供屏蔽層，消除電子噪聲干擾，并為整個控制系統(tǒng)提供公共信號參考點(即參考零電位)。當(dāng)接地系統(tǒng)發(fā)生問題時(接地電阻過大，多點接地，接地線斷線或接地線與高電壓、大電流設(shè)備相接觸等)，會造成人員的觸電傷害及設(shè)備的損壞，還會造成dcs系統(tǒng)經(jīng)常“死機”(或不明原因的“死機”)，大多是因為接地系統(tǒng)不良或存在問題所引起的。

因此，完善、可靠、正確的接地，是dcs 系統(tǒng)能夠安全、可靠和良好運行的關(guān)鍵。

2.1 dcs接地分類

在一般情況下，dcs控制系統(tǒng)需要兩種接地：保護地和工作地(邏輯地、屏蔽地等)。對于裝有安全柵防爆措施的系統(tǒng)如化工行業(yè)所用的系統(tǒng)，還要求有本安地。

(1) 保護地(cg，cabinet grounding)：cg是為了防止設(shè)備外殼的靜電荷積累、避免造成人身傷害而采取的保護措施。dcs系統(tǒng)所有的操作員站、現(xiàn)場控制站、打印機、端子柜等均應(yīng)接保護地。保護地應(yīng)接至電氣專業(yè)接地網(wǎng)，接地電阻小于4ω。

(2)邏輯地：也叫機器邏輯地、主機電源地，是計算機內(nèi)部的邏輯電平負(fù)端公共地，也是+5v等的電源輸出地。如cpu的正負(fù)5伏、正負(fù)12伏的負(fù)端。需要接入公共接地極。

(3)屏蔽地(ag，analog grounding)：ag也叫模擬地，它可以把現(xiàn)場信號傳輸時所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號精度。dcs系統(tǒng)中信號電纜的屏蔽層應(yīng)做屏蔽接地。線纜屏蔽層必須一端接地，防止形成閉合回路干擾。鎧裝電纜的金屬鎧不應(yīng)作為屏蔽保護接地，必須是銅絲網(wǎng)或鍍鋁屏蔽層接地。接入公共接地極。

(4) 本安地: 應(yīng)獨立設(shè)置接地系統(tǒng)，接地電阻≤4ω。本安地的接地系統(tǒng)應(yīng)保持獨立，與電氣地網(wǎng)或其它儀表系統(tǒng)接地網(wǎng)的距離應(yīng)在5m以上。

2.2 dcs系統(tǒng)接地方式

(1) 利用電氣接地網(wǎng)作為dcs接地網(wǎng)，即與電氣接地網(wǎng)共地；

(2) 設(shè)dcs系統(tǒng)專用獨立的接地網(wǎng)；

(3) 設(shè)dcs專用接地網(wǎng)，經(jīng)接地線、再接至電氣接地網(wǎng)。

2.3 dcs系統(tǒng)接地方式經(jīng)驗交流

由于第3種接地方式與第2種接地方式有較多相同處，過去，計算機或dcs系統(tǒng)曾經(jīng)較多的采用過專用的接地網(wǎng)。但這種接地方式存在的缺點是：占地面積太大，投資高，電纜及接地網(wǎng)鋼材耗量大，距廠房有相當(dāng)?shù)木嚯x(因不易在廠房內(nèi)找到合適的位置)，管理、維護、測量及查找接地極和接地線不方便，且效果不甚良好。根據(jù)實際運行表明，設(shè)置專用的dcs接地網(wǎng)是既困難又不安全的。co2壓縮機曾因接地問題，造成機組振值過高和跳車。dcs后來改用電氣接地網(wǎng)接地，取得了良好的效果。

2.4 對公共接地極(網(wǎng))的要求

(1) 當(dāng)電氣接地網(wǎng)對地分布電阻≤4ω時，可將電氣接地網(wǎng)當(dāng)著dcs系統(tǒng)的公共接地極(網(wǎng))。

(2) 當(dāng)電氣接地網(wǎng)接地電阻較大或雜亂時，應(yīng)獨立設(shè)置接地系統(tǒng)，即為dcs系統(tǒng)的公共接地極(網(wǎng))。

(3) 沒有本安地接入的公共接地極(網(wǎng))的對地分布電阻小于4歐姆；有本安地的小于1歐姆。接地總干線的線路阻抗小于0.1歐姆。

(4) 接地極周圍15米內(nèi)無避雷地的接入點，8米內(nèi)無30kw以上的高低壓用電設(shè)備外殼的接入點。當(dāng)現(xiàn)場無法滿足該條件時，防雷保護地通過避雷器/沖擊波抑制器與公共接地極的主干線相連。電焊地切勿與公共接地極及其接地網(wǎng)搭接在一起，二者應(yīng)距離10米以上。

3dcs系統(tǒng)的接地原則

3.1 dcs系統(tǒng)設(shè)置的接地裝置

(1) 操作臺、打印臺、服務(wù)器柜：設(shè)有保護地螺釘。

(2)繼電器柜、ups柜、配電柜：設(shè)有保護地螺釘。

(3) dcs的i/o機柜：設(shè)有屏蔽接地匯流排，保護地螺釘。系統(tǒng)地(+24v地)懸浮。

(4) 儀表柜、手操盤臺：設(shè)有屏蔽地接地匯流排，保護地螺釘。

(5) 安全柵柜：設(shè)有屏蔽地接地匯流排，本安地接地匯流排，保護地螺釘。

3.2 信號屏蔽及其接地

(1)根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)定要求，計算機或 dcs系統(tǒng)信號電纜的屏蔽層不得浮空，必須接地，其接地方式應(yīng)符合下列規(guī)定：

當(dāng)信號源浮空時，屏蔽層應(yīng)在計算機側(cè)接地；

當(dāng)信號源接地時，屏蔽層應(yīng)在信號源側(cè)接地；

當(dāng)放大器浮空時，屏蔽層的一端與屏蔽罩相連，另一端宜接共模地(當(dāng)信號源接地時，接信號地。當(dāng)信號源浮空時接現(xiàn)場地)。

當(dāng)屏蔽電纜途經(jīng)接線盒分?jǐn)嗷蚝喜r，應(yīng)在接線盒內(nèi)將其兩端電纜的屏蔽層連接。

(2)dcs系統(tǒng)信號電纜的選擇與鋪設(shè)，應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。屏蔽電纜的屏蔽層應(yīng)按以上要求進行接地。為了提高dcs系統(tǒng)的抗干擾能力，dcs系統(tǒng)開關(guān)量輸入/輸出信號，選用阻燃型對絞銅網(wǎng)屏蔽計算機電纜還是比較恰當(dāng)?shù)摹?br />
4dcs系統(tǒng)的接地方法

4.1 分散布置的dcs設(shè)備接地方法

分散布置dcs系統(tǒng)設(shè)備之間的連接一般是網(wǎng)絡(luò)(通訊)線，例如：現(xiàn)場控制站分散到現(xiàn)場，而操作員站位于不同的控制室，分散直徑在500米的范圍內(nèi)，各站點間使用多模光纖或5類雙絞線或dp屏蔽雙絞線等連接。

(1) 使用光纖連接的站點：各站點內(nèi)的接地方法同集中布置的dcs設(shè)備。

(2) 使用5類雙絞線或dp屏蔽雙絞線連接的站點：

(3) 控制室的各類地線先連接到公共連接板，公共連接板通過接地總干線與公共接地極相連。從公共接地極看過去，整個接地網(wǎng)絡(luò)是一個星型結(jié)構(gòu)。

(4) 使用5類雙絞線或dp屏蔽雙絞線兩頭通過網(wǎng)絡(luò)連接保護設(shè)備(信號避雷器、通流量不小于5ka)與dcs的switch、hub、repeat、或其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連。兩邊的站點有各自的公共接地極，二者不必有金屬連接，各站點的接地方法同集中布置的dcs設(shè)備。5類雙絞線或dp屏蔽雙絞線必須穿鍍鋅鋼管或金屬橋架敷設(shè)，鋼管或橋架必須可靠接地。當(dāng)雷擊或者電氣事故造成兩邊地電位差過大時，信號避雷器可以保護兩邊的設(shè)備。

4.2 dcs設(shè)備接地安裝

接地體：為釘入地下的良導(dǎo)體，由接地總干線傳來的電流通過接地體導(dǎo)入大地。接地體與接地總干線之間采用銅焊，焊接后應(yīng)做防腐處理。可用接地網(wǎng)干線把多個接地體連接成網(wǎng)，接地網(wǎng)應(yīng)滿足dcs系統(tǒng)接地電阻的要求。當(dāng)接地網(wǎng)干線與接地體采用搭接焊時，其搭接長度必須為扁鋼寬度的2倍或圓鋼直徑的6倍。

4.3 dcs系統(tǒng)接地降低土壤電阻率的方法

(1) 改變接地體周圍的土壤結(jié)構(gòu)。在接地體周圍的土壤2～3m范圍內(nèi)，摻入不容于水的、有良好吸水性的物質(zhì)，如木炭、焦碳煤渣或礦渣等，該法可使土壤電阻率降低到原來的1/5～1/10。

(2) 用食鹽、木炭降低土壤電阻率用食鹽、木炭分層夯實。木炭和細(xì)摻勻為一層，約10～15cm厚，再鋪2～3cm的食鹽，共5～8層。鋪好后打入接地體。此法可使電阻率降至原來的1/3～1/5。但食鹽日久會隨流水流失，一般超過兩年就要補充一次。

(3) 用長效化學(xué)降阻劑。用長效化學(xué)降阻劑方法可使土壤電阻率降至原來的40%。

4.4 dcs系統(tǒng)接地材料及要求

(1) 接地體與接地網(wǎng)干線的材料要求接地體和接地網(wǎng)干線所用鋼材規(guī)格可按下表選用，若接地電阻滿足不了要求時，也可選用銅材。如果接地體和接地網(wǎng)干線安裝在腐蝕性較強的場所，應(yīng)根據(jù)腐蝕的性質(zhì)采取熱鍍鋅、熱鍍錫等防腐措施或適當(dāng)加大截面。

(2) 接地連線要求dcs系統(tǒng)的保護地和屏蔽地連線應(yīng)使用銅芯絕緣電線或電纜連接到電氣專用接地網(wǎng)或接地體上。當(dāng)接地連線距離較長、dcs系統(tǒng)對接地電阻要求較高或接地干線分接的支線數(shù)量較多時，宜選用表中截面較大的電線電纜。

5現(xiàn)場接地施工關(guān)鍵

5.1現(xiàn)場控制站

接地螺絲因機柜本體與底座間有膠皮形成絕緣，屏蔽地匯流排與底座間絕緣，現(xiàn)場控制站必須按規(guī)定做好接地處理。即分別接至現(xiàn)場控制站接地匯流排上。i/o柜的電源地與ups的電源地必須接至同一個地，保證等電位。

5.2 裝備外殼接地

現(xiàn)場控制站、操作員站、工程師站、網(wǎng)絡(luò)交換機、服務(wù)器主機、系統(tǒng)顯示器等采用外殼接地或直接將電源地線連接至電氣接地網(wǎng)。

5.3 i/o卡件

模擬量模件的40端即直流24伏的負(fù)端接至邏輯地匯流排上，邏輯地匯流排接至屏蔽地，再接入總接地匯流排。

5.4 保護接地

現(xiàn)場控制站的保護地應(yīng)從機柜下方的接地螺釘接至接地分干線,現(xiàn)場控制站的屏蔽地應(yīng)從接地匯流排接至公共連接板。

5.5工程測試

接地系統(tǒng)的電阻必須進行測試，以保證接地能滿足控制系統(tǒng)需要。

6結(jié)束語

完善、可靠、正確的接地，是dcs系統(tǒng)能夠安全、可靠和良好運行的關(guān)鍵。是影響企業(yè)長周期穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵。在生產(chǎn)實踐中，積累一些有關(guān)接地原因而引發(fā)事故的經(jīng)驗。掌握接地的規(guī)范和要求，杜絕因接地而引發(fā)事故的發(fā)生，為企業(yè)長周期安全穩(wěn)定運行提供可靠的保障。