计算机类论文：DCS系统接地问题的探讨
发布时间：2011-02-23 16:51:23更新时间：2011-02-23 16:51:23
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摘要：DCS系统合理、可靠的接地，是DCS系统非常重要的内容。为了保证DCS系统的监测控制精度和安全、可靠地运行，必须对系统接地方式、接地要求、信号屏蔽、接地线截面选择、接地极设计、接地箱布置等方面，进行认真设计和统筹考虑。
关键词：DCS系统；接地
当进入DCS系统的信号、供电电源或DCS系统本身出现问题时，有效的接地系统可以迅速将过载电流导入大地，避免对人员的触电伤害和设备的损坏。接地系统还能够为I/O信号提供屏蔽，消除电子噪声干扰，防止设备外壳带电或静电积累，避免造成人员的触电伤害及设备的损坏。
1DCS系统接地分类
在一般情况下，DCS控制系统需要两种接地：保护地和工作地（逻辑地、屏蔽地等）。对于装有安全栅防爆措施的系统如化工行业所用的系统，还要求有本安地。
1.1保护地保护接地是将DCS系统中平时不带电的金属部分（机柜外壳，操作台外壳等)与地之间形成良好的导电连接，以保护设备和人身安全。原因是DCS的供电是强电供电（220V或11OV），通常情况下机壳等是不带电的，当故障发生（如主机电源故障或其它故障）造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时，这些金属部件或外壳就形成了带电体，如果没有很好的接地，那么这带电体和地之间就有很高的电位差，如果人不小心触到这些带电体，那么就会通过人身形成通路，产生危险。因此，必须将金属外壳和地之间作很好的连接，使机壳和地等电位。此外，保护接地还可以防止静电的积聚。
DCS系统所有的操作员机柜、现场控制站机柜、打印机、端子柜等均应接保护地。
1.2工作地工作接地是为了使DCS以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。不同资料对工作接地的分类和表述不同，一般分为逻辑地、信号地、系统地和屏蔽地。
逻辑地：也叫机器逻辑地、主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V等的电源输出地。
信号地：信号回路地（现场返回信号的负端）。当DCS给现场提供24VDC时，且AI、AO为非隔离式，信号地就是系统地。当由其他设备提供电源时，根据信号源原理决定是否接入公共接地极。
系统地：也叫系统基准地，通常也是系统电源地（+24V负端），是为DCS信号提供的一个基准点。系统地在DCS中，就是给模件供电的24VDC或5VDC的电源地。对于通道隔离的I/O模块应用场合，它与信号地是有区别的，因为两者没有电气联系。系统地接地比较复杂，一般要考虑如下几种情况：1）信号在现场侧已经接地的情况；2）系统I/O的输入、输出在现场接入同一装置（而装置的电路原理不明确）的情况。
屏蔽地：也叫模拟地，它可以把现场信号传输时所受到的干扰屏蔽掉，以提高信号精度。DCS系统中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽接地。线缆屏蔽层必须一端接地，防止形成闭合回路干扰。铠装电缆的金属铠不应作为屏蔽保护接地，必须是铜丝网或镀铝屏蔽层接地。
1.3本安地是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了抑制干扰外，还有使仪表和系统具有本质安全性质的措施之一。
此外还有防雷接地，属于电气专业研究的内容，本文不作讨论。
2DCS系统一般接地方式
2.1利用电气接地网作为DCS接地网，即与电气接地网共地；
2.2设DCS系统专用独立的接地网；
2.3设DCS专用接地网，经接地线、再接至电气接地网；
由于第三种接地方式与第二种接地方式有较多相同处，过去，计算机或DCS系统曾经较多的采用过专用的接地网。但这种接地方式存在的缺点是：占地面积太大，投资高，电缆及接地网钢材耗量大，距厂房有相当的距离(因不易在厂房内找到合适的位置)，管理、维护、测量及查找接地极和接地线不方便，且效果不甚良好。根据实际运行表明，设置专用的DCS接地网是既困难又不安全的。
3对公共接地极（网）的要求
3.1当厂区电气接地网对地分布电阻≤4Ω时，可将厂区电气接地网当着DCS系统的公共接地极（网）。
3.2当厂区电气接地网接地电阻较大或杂乱时，应独立设置接地系统，即为DCS系统的公共接地极（网）。
3.3没有本安地接入的公共接地极（网）的对地分布电阻小于4欧姆；有本安地的小于1欧姆。接地总干线的线路阻抗小于0.1欧姆。
3.4接地极周围15米内无避雷地的接入点，8米内无30KW以上的高低压用电设备外壳的接入点。当现场无法满足该条件时，防雷保护地通过避雷器/冲击波抑制器与公共接地极的主干线相连。电焊地切勿与公共接地极及其接地网搭接在一起，二者应距离10米以上。
4、DCS系统接地的方法
DCS系统保护地和屏蔽地一般单独设置，当厂区电气专业接地网接地电阻≤4Ω时，也可以直接接当厂区电气接地网，但是在接地连接处20米内不能有强的电流输入点。
接地线与现场机柜之间的连接，接电线与公用连接板之间的连接，接地总干线与公用连接板之间的连接，应采用铜质螺栓紧固。为保证多股胶合线与螺纹端接触良好，宜设置铜制铲形接线片。
4.1信号屏蔽及其接地
4.1.1根据有关技术规定要求，计算机或DCS系统信号电缆的屏蔽层不得浮空，必须接地，其接地方式应符合下列规定：
当信号源浮空时，屏蔽层应在计算机侧接地；
当信号源接地时，屏蔽层应在信号源侧接地；
当放大器浮空时，屏蔽层的一端与屏蔽罩相连，另一端宜接共模地(当信号源接地时，接信号地。当信号源浮空时接现场地)。
4.1.2当屏蔽电缆途经接线盒分断或合并时，应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接。
4.1.3DCS系统信号电缆的选择与敷设，应严格按照有关规定执行。屏蔽电缆的屏蔽层应按以上要求进行接地。为了提高DCS系统的抗干扰能力，DCS系统开关量输入/输出信号，选用阻燃型对绞铜网屏蔽计算机电缆还是比较恰当的。
4.2操作台的接地方法
操作台接地的目的是消除操作站主机工作时产生的感应电压，以维持操作站主机的正常稳定工作。操作台出厂时一般都配置了电源接线板和空气开关。
给操作台敷设的接地线，一端从地线的公共连接板来，一端连接到操作台柜体的螺钉上，如隔板的固定螺钉。如果电源接线板上的接地端没有和操作台柜体相连，那么需要人为增加一根电缆将操作站主机机壳与柜体相连，电缆一端连接到操作台柜体的螺钉上，一端固定在操作站主机机壳的螺钉上即可。
4.3控制柜接地方法
4.3.1总体接地原则
把整个系统尽量区分为“保护地”、“屏蔽地”，做到不混用。
两种接地最终处汇入一点接地。
接地线连好之后，从I/O控制柜的接地螺钉处和屏蔽地汇流条处测量的接地电阻应<4Ω.
4.3.2柜内接地的连接
1）保护地的连接：DCS设有专门的接地螺钉，各个现场控制柜的保护地之间可以通过铜导电缆（Ф6以上）串联在一起，最后接入公共连接板。接地电阻应<4Ω.
2）屏蔽地的连接：屏蔽地通过柜内各个分汇流排，再通过铜导电缆（Ф6以上）单独接至公共连接板。现场信号的屏蔽层要求单端接到屏蔽地汇流排。通讯电缆屏蔽层也要与屏蔽地汇流排连接。
按照上述要求最终形成的接地系统图所示：
DCS系统接地示意图
4、DCS系统接地线的要求：
DCS系统各种用途接地线可采用低压铜芯电力电缆，截面选择应符合厂家要求，一般情况可按下述规定选取：
4.1总接地板至地网接地点连接的接地线截面，宜不小于50mm2；
4.2系统内不同性质的中心接地点至总接地板连接的接地线截面，宜不小于25mm2；
4.3机柜间链式接地连接线的截面，宜不小于16mm2；
[参考文献]
[1]《火力发电厂热工自动化就地设备
关键词：DCS系统；接地
当进入DCS系统的信号、供电电源或DCS系统本身出现问题时，有效的接地系统可以迅速将过载电流导入大地，避免对人员的触电伤害和设备的损坏。接地系统还能够为I/O信号提供屏蔽，消除电子噪声干扰，防止设备外壳带电或静电积累，避免造成人员的触电伤害及设备的损坏。
1DCS系统接地分类
在一般情况下，DCS控制系统需要两种接地：保护地和工作地（逻辑地、屏蔽地等）。对于装有安全栅防爆措施的系统如化工行业所用的系统，还要求有本安地。
1.1保护地保护接地是将DCS系统中平时不带电的金属部分（机柜外壳，操作台外壳等)与地之间形成良好的导电连接，以保护设备和人身安全。原因是DCS的供电是强电供电（220V或11OV），通常情况下机壳等是不带电的，当故障发生（如主机电源故障或其它故障）造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时，这些金属部件或外壳就形成了带电体，如果没有很好的接地，那么这带电体和地之间就有很高的电位差，如果人不小心触到这些带电体，那么就会通过人身形成通路，产生危险。因此，必须将金属外壳和地之间作很好的连接，使机壳和地等电位。此外，保护接地还可以防止静电的积聚。
DCS系统所有的操作员机柜、现场控制站机柜、打印机、端子柜等均应接保护地。
1.2工作地工作接地是为了使DCS以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。不同资料对工作接地的分类和表述不同，一般分为逻辑地、信号地、系统地和屏蔽地。
逻辑地：也叫机器逻辑地、主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V等的电源输出地。
信号地：信号回路地（现场返回信号的负端）。当DCS给现场提供24VDC时，且AI、AO为非隔离式，信号地就是系统地。当由其他设备提供电源时，根据信号源原理决定是否接入公共接地极。
系统地：也叫系统基准地，通常也是系统电源地（+24V负端），是为DCS信号提供的一个基准点。系统地在DCS中，就是给模件供电的24VDC或5VDC的电源地。对于通道隔离的I/O模块应用场合，它与信号地是有区别的，因为两者没有电气联系。系统地接地比较复杂，一般要考虑如下几种情况：1）信号在现场侧已经接地的情况；2）系统I/O的输入、输出在现场接入同一装置（而装置的电路原理不明确）的情况。
屏蔽地：也叫模拟地，它可以把现场信号传输时所受到的干扰屏蔽掉，以提高信号精度。DCS系统中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽接地。线缆屏蔽层必须一端接地，防止形成闭合回路干扰。铠装电缆的金属铠不应作为屏蔽保护接地，必须是铜丝网或镀铝屏蔽层接地。
1.3本安地是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了抑制干扰外，还有使仪表和系统具有本质安全性质的措施之一。
此外还有防雷接地，属于电气专业研究的内容，本文不作讨论。
2DCS系统一般接地方式
2.1利用电气接地网作为DCS接地网，即与电气接地网共地；
2.2设DCS系统专用独立的接地网；
2.3设DCS专用接地网，经接地线、再接至电气接地网；
由于第三种接地方式与第二种接地方式有较多相同处，过去，计算机或DCS系统曾经较多的采用过专用的接地网。但这种接地方式存在的缺点是：占地面积太大，投资高，电缆及接地网钢材耗量大，距厂房有相当的距离(因不易在厂房内找到合适的位置)，管理、维护、测量及查找接地极和接地线不方便，且效果不甚良好。根据实际运行表明，设置专用的DCS接地网是既困难又不安全的。
3对公共接地极（网）的要求
3.1当厂区电气接地网对地分布电阻≤4Ω时，可将厂区电气接地网当着DCS系统的公共接地极（网）。
3.2当厂区电气接地网接地电阻较大或杂乱时，应独立设置接地系统，即为DCS系统的公共接地极（网）。
3.3没有本安地接入的公共接地极（网）的对地分布电阻小于4欧姆；有本安地的小于1欧姆。接地总干线的线路阻抗小于0.1欧姆。
3.4接地极周围15米内无避雷地的接入点，8米内无30KW以上的高低压用电设备外壳的接入点。当现场无法满足该条件时，防雷保护地通过避雷器/冲击波抑制器与公共接地极的主干线相连。电焊地切勿与公共接地极及其接地网搭接在一起，二者应距离10米以上。
4、DCS系统接地的方法
DCS系统保护地和屏蔽地一般单独设置，当厂区电气专业接地网接地电阻≤4Ω时，也可以直接接当厂区电气接地网，但是在接地连接处20米内不能有强的电流输入点。
接地线与现场机柜之间的连接，接电线与公用连接板之间的连接，接地总干线与公用连接板之间的连接，应采用铜质螺栓紧固。为保证多股胶合线与螺纹端接触良好，宜设置铜制铲形接线片。
4.1信号屏蔽及其接地
4.1.1根据有关技术规定要求，计算机或DCS系统信号电缆的屏蔽层不得浮空，必须接地，其接地方式应符合下列规定：
当信号源浮空时，屏蔽层应在计算机侧接地；
当信号源接地时，屏蔽层应在信号源侧接地；
当放大器浮空时，屏蔽层的一端与屏蔽罩相连，另一端宜接共模地(当信号源接地时，接信号地。当信号源浮空时接现场地)。
4.1.2当屏蔽电缆途经接线盒分断或合并时，应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接。
4.1.3DCS系统信号电缆的选择与敷设，应严格按照有关规定执行。屏蔽电缆的屏蔽层应按以上要求进行接地。为了提高DCS系统的抗干扰能力，DCS系统开关量输入/输出信号，选用阻燃型对绞铜网屏蔽计算机电缆还是比较恰当的。
4.2操作台的接地方法
操作台接地的目的是消除操作站主机工作时产生的感应电压，以维持操作站主机的正常稳定工作。操作台出厂时一般都配置了电源接线板和空气开关。
给操作台敷设的接地线，一端从地线的公共连接板来，一端连接到操作台柜体的螺钉上，如隔板的固定螺钉。如果电源接线板上的接地端没有和操作台柜体相连，那么需要人为增加一根电缆将操作站主机机壳与柜体相连，电缆一端连接到操作台柜体的螺钉上，一端固定在操作站主机机壳的螺钉上即可。
4.3控制柜接地方法
4.3.1总体接地原则
把整个系统尽量区分为“保护地”、“屏蔽地”，做到不混用。
两种接地最终处汇入一点接地。
接地线连好之后，从I/O控制柜的接地螺钉处和屏蔽地汇流条处测量的接地电阻应<4Ω.
4.3.2柜内接地的连接
1）保护地的连接：DCS设有专门的接地螺钉，各个现场控制柜的保护地之间可以通过铜导电缆（Ф6以上）串联在一起，最后接入公共连接板。接地电阻应<4Ω.
2）屏蔽地的连接：屏蔽地通过柜内各个分汇流排，再通过铜导电缆（Ф6以上）单独接至公共连接板。现场信号的屏蔽层要求单端接到屏蔽地汇流排。通讯电缆屏蔽层也要与屏蔽地汇流排连接。
按照上述要求最终形成的接地系统图所示：
DCS系统接地示意图
4、DCS系统接地线的要求：
DCS系统各种用途接地线可采用低压铜芯电力电缆，截面选择应符合厂家要求，一般情况可按下述规定选取：
4.1总接地板至地网接地点连接的接地线截面，宜不小于50mm2；
4.2系统内不同性质的中心接地点至总接地板连接的接地线截面，宜不小于25mm2；
4.3机柜间链式接地连接线的截面，宜不小于16mm2；
[参考文献]
[1]《火力发电厂热工自动化就地设备
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