制浆造纸厂DCS接地设计的探讨

《装备制造技术》2017年第11期DCS接地问题是在设计中跟业主用户、各系统集成商、DCS厂商讨论得最多的问题。

很多制浆造纸厂位于雷电多发区，根据以往运行时出的事故经验，业主一般都能认识并且重视到接地的重要性。

我院设计的纸浆厂很多都位于雷电频发的山区，接地系统出现问题可能有多种原因，最常见的如接地电阻过大，或者接地线出现断线，或者接地线接触了电气方面的高电压、大电流设备等。

一旦发生接地系统出现问题，往往会造成人员触电以及设备损坏，或者导致DCS系统经常死机。

各DCS厂家为了保证自己系统能够不出事故，不受损失，向业主提出了各种各样的系统接地要求。

而这些接地要求有的很苛刻，有的相对宽松一些。

很多业主对此很疑惑，不知道该统一用哪家的推荐方案，进而求助设计院。

查看了大量关于系统接地方面的资料发现各种设计手册及规范中，接地的方法及解释也不统一。

因此，为了让业主和现场施工服务人员对DCS 接地问题有一个较深刻全面的了解，介绍和总结了工程中遇到的接地方法，并分析它们的利弊，供大家参考。

1控制系统接地的必要性控制系统接地有两大目的：一是，保护工程人员的生命安全以及设备财产不受损失；二是，保障设备的正常运行。

前者称为保护接地，通常做法是将电器外壳与大地相连；后者为工作接地，是把信号（非控制信号，包括电磁，电源杂波等信号）与电子元件的地端（包括直流电源地线）相连接[1]。

制浆造纸厂经常出现信号问题，供电电源问题，控制系统设备问题，如果DCS接地没有做好，形成的过载电流将不能有效地导入到大地，从而导致控制系统及设备的损坏。

而有效的接地系统能够为整个系统提供参考零电位，形成屏蔽，消除各种电流冲击干扰，从而很好地保护设备及系统不被损坏。

控制系统有了安全的接地系统，能够有效地避免：（1）电阻，电容电感耦合引入的干扰；（2）供电线路引入的干扰；（3）强电以及雷击引入的干扰。

2DCS接地分类DCS接地主要可分为保护接地和工作接地（逻辑接地、屏蔽接地等），有些易燃易爆等特殊场合还会涉及本安接地。

（1）保护接地保护接地也称为安全接地，为了防止控制系统的机柜、操作台、仪表柜、配电柜、继电器柜等用电设备外壳的静电荷积累及避免造人身伤害，DCS所有的机柜均应接保护地。

保护接地的原理是：DCS的供电是220VAC，在正常情况下金属部分（机柜外壳，操作台外壳等）是不带电的，但由于各种原因（如绝缘破坏，主机电源故障或其它故障等），将有可能造制浆造纸厂DCS接地设计的探讨陶文珍，周锡政，冯雄裕（中国轻工业南宁设计工程有限公司第八工程事业部，广西南宁530031）摘要：随着造纸自动化的飞速发展，DCS越来越多地被引入到各家制浆造纸厂。

在DCS应用中，接地技术是一个不能忽视的问题，接地设计的好坏，将直接影响到电气、电子系统的运行质量。

依据相关技术标准和设备厂家技术要求，结合几年来在参与的制浆造纸厂DCS设计、工程安装、调试和设备维护中的经验，着重分析了接地的目的，介绍了保护接地和工作接地的作用，接地体的设置和接地电阻，指出了在实际工作中应注意的问题，最后给出了在设计中常用的一种接地方案供探讨。

关键词：DCS；干扰；保护接地；工作接地；接地电阻中图分类号：TP273.5文献标识码：A文章编号：1672-545X（2017）11-0141-04收稿日期：2017-08-01作者简介：陶文珍（1984-），男，湖北人，本科，工程师，主要从事工业自动化过程控制及仪表的设计；周锡政（1963-），男，广西人，本科，教授级高级工程师，主要从事工业自动化过程控制及仪表的设计与管理。

141Equipment Manufacturing Technology No.11，2017成供电电源与外壳形成短路，导致这些金属外壳带有危险电压，保护接地将外壳所带的电导入大地，能够保护设备和人身安全。

如果没有接地或者接地系统不可靠，带电体和大地之间就有很高的电位差，如果人不小心触到这些带电体，就会产生触电的危险。

因此，保护接地将设备的金属外壳和大地连接在一起，使得设备外壳和大地形成等电位，从而保障了安全。

（2）工作接地车间的DCS及仪表能够正常可靠的运行而不受干扰，并且能保证测量及控制的精度，靠的就是仪表及控制系统的工作接地。

工作接地分为逻辑接地和屏蔽接地两种，在制浆造纸厂的一些特殊易燃易爆工段（如二氧化氯制备工段）中还需要本安接地。

逻辑接地也叫电源接地，指逻辑电平负端公共接地，也是+5V等电源的输出接地，目的是保持电源电压值的精度和统一。

电子设备中各级电路电流的传输、信息转换要求有逻辑接地（如CPU的电路的±5V、±12V的负端，需要接入公共接地极），逻辑接地还可防止外界电磁场信号的侵入。

屏蔽接地是为了防止电磁干扰，在屏蔽体与地或干扰源的金属壳体之间所做的永久良好的电气连接称为屏蔽接地。

它的作用是屏蔽掉仪表及DCS信号传输时所受到的干扰，从而提高信号的精度。

DCS 中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽接地，在工程应用中一定要单端接地，不要两端接地，否则会因为两个地因不共地而产生噪声电压，在屏蔽层中产生噪声电流，这样不仅不会屏蔽干扰反而成为干扰源了。

本安系统的接地，主要指安全栅的接地。

本安系统接地电阻必须小于1Ω，大多场合需要设置专门的接地装置，且与电气接地系统及其他仪表接地系统保持5m以上的距离[2]。

3DCS接地方式3.1DCS接地的形式3.1.1单点接地单点接地就是将系统或者仪表等电子设备（低工作频率）的接地都接到一个点上，这些设备可以串联，也可以并联，最终通过这个点的接地极，将所有设备接地。

单点接地的优点是有效地防止了多点接地带来的电路干扰及耦合。

单点接地串联和并联接地如图1所示。

串联单点接地因部分设备或电路间存在公用的接地线，其信号可能会互相影响；并联的单点接地式可以避免这一缺陷，但是接地线数量多，布线复杂，在实际应用中，视具体情况而定。

单点接地的信号地线必须与功率地线和机壳地线是绝缘的，它们的连接应该是在接往大地的接地螺栓上，否则工频和其它电流在信号地线上容易产生干扰。

3.1.2多点接地多点接地的做法是用一块接地铜条代替电路中每部分各自的接地回路，所有电路的地线就近接地，地线很短，适用于工作频率高（>30MHz）的系统或者仪表电子设备，同时也会出现地环路的问题。

为了解决地环路干扰，多点接地尽量找最接近的低阻值接地面接地。

多点接地如图2所示。

3.1.3混合接地工作频率介于1~30MHz的电路采用混合接地式。

混合接地如图3所示。

3.2DCS接地要求及方式3.2.1通用接地要求当厂区电气专业接地网接地电阻小于1Ω时，图2多点接地DCS系统柜123接地母线图1串联式单点接地和并联式单点接地DCS系统柜DCS系统柜123123图3混合接地DCS系统柜1234接地母线142《装备制造技术》2017年第11期则可接厂区电气专业接地网。

当厂区电气专业接地网接地电阻较大时，应独立设置自控仪表接地系统，接地电阻小于4Ω，且需确认公共接地网没有本安地接入。

如果有本安地接入，则接地电阻需小于1Ω.接地体与接地总干线之间需要防腐铜焊，且总干线应满足电阻小于0.1Ω.接地极周围不应有避雷地及30kW以上的高低压用电设备外壳的接入点。

电焊地必须接到电焊机专用接地接线端子上，不可与公共接地极及其接地网搭接在一起。

3.2.2通用接地方式制浆造纸厂的DCS接地方式一般做法有两种：一是，DCS接地网与电气接地网共用，将DCS接地接到预埋的电气接地网上；二是，DCS专用接地网，与电气接地网分开预埋。

采取哪种方式，应根据具体情况决定。

根据有关资料的介绍和实践经验，在下列几种情况下推荐设置DCS专用独立的接地网：（1）土壤电阻较高，接地电阻不能满足设计值；（2）车间周围环境存在严重的电磁干扰；（3）工厂的仪表对电子噪声敏感，抗干扰要求高；（4）控制室与电力系统接地体距离很远，若共用接地体，则接地线很长，施工维护不方便。

单从抗干扰方面来看，将电力系统和控制系统两个接地完全分开，防止他们之间的互相干扰，理论上来说，是更好的方案。

但是，根据设计以及实践经验来看，计算机或DCS采用专用的接地网不尽人意，主要有如下弊端：一是，DCS专用接地网占地面积很大，且需要预埋大量的钢材及电缆，业主前期投资压力大；二是，由于有电气接地的预埋以及设备管道等埋地敷设，往往在车间附近难以找到大片地预埋DCS专用接地网，如果在车间远处预埋，则有管理维护不便，增加电缆耗材的问题；三是，根据实际工程案例，DCS采用专用的接地网效果不好，很多厂设置单独接地网发生过设备频繁跳闸，之后又改回于电气接地网共用接地体。

可见设置专用的DCS接地网是既困难又不安全的。

除了上述的四种推荐设置DCS专用独立的接地网情况外，电力系统和控制系统建议采用共用接地系统。

这在厂房设计阶段就要与电气专业密切配合，让电气设计接地时单独给DCS留有接地抽头。

3.2.3制浆造纸厂DCS常用的接地方式建议在制浆造纸厂实际工程设计中，往往把全厂的地下管道，地下结构，接地体连成一个统一的接地网，其接地电阻可以达到一个很小的值（通常小于等于1Ω）。

这对抑制干扰是很有利的，在这种情况下，完全不用将仪表接地系统同电力接地系统分开，采用共同的接地体是经济而且安全的。

参考相关规范和资料，结合设计以及运行维护经验，常用的DCS接地设计如图4所示。

其中，接地分干线线径应不小于4mm2，接地干线线径应不小于10mm2，接地总干线线径应不小于16mm2，总接地铜牌与接地接入点的接地总干线长度不应超过30m[3]。

4结束语经过这几年的设计以及实践，这套DCS接地系统应用到了很多制浆造纸厂的设计中，至今未发生一起因接地系统导致死机和遭雷击的事故发生，经过实践证明，对纸厂而言，这种接地方法是安全可行的。

参考文献：[1]DCS控制系统的接地问题[Z].济南杰创自动化仪表有限公司，2012.[2]罗坤远.DCS防雷接地探讨[J].自动化与仪器仪表，2008（5）：82-84.[3]项目运作体系及常见工程技术规定[Z].浙江中控技术股份有限公司，2008：27.图4DCS接地示意图UPS电气接地接地极工作接地铜板总接地板现场一般设备接地保护接地铜板全厂接地网①②③④⑤⑥⑦⑧⑨①②③④⑤⑥①②③④⑤⑥143Equipment Manufacturing Technology No.11，2017The Discussion of DCS Grounding Design in Pulp &Paper MillsTAO Wen-zhen ，ZHOU Xi-zheng ，FENG Xiong-yu（Automation &Instrument Group of Eighth Department ，China Light Industry NanningDesign Engineering Co.，Ltd.，Nanning Guangxi 530031，China ）Abstract ：With the rapid development of pulp &paper mill automation ，DCS increasingly being introduced to the various paper mills.In DCS application ，grounding techniques are a problem can not be ignored ，grounding design is good or bad ，will directly affect the electrical and electronic systems operation quality.This passage according to the relevant technical standards and technical requirements for equipment manufacturers ，combined with our several years experience in DCS design ，engineering ，installation ，commissioning and maintenance of equipment ，focusing on analysis of the purpose of grounding ，introduced protective grounding and working grounding ，grounding body set up and ground resistance ，pointed out the problem should pay attention in practical work and finally give one recommend grounding program for discussion.Key words ：DCS ；interference ；protective grounding ；working grounding ；ground resistanceOptimization of Design for 0~300mm Electronic Digital Height GaugeYAN Lie-xue ，HUANG Gui-yun（Guilin Guanglu Measuring Instrument Co.，Ltd.，Guilin Guangxi 541213，China ）Abstract ：Through optimizing the design of stand base and enlarging the cross section of the main ruler of elec -tronic digital height gauge ，to efficiently solve many problems such as no good use of square stand base ，redun -dant procedures ，less rigidity of main ruler.So as to make a reasonable achievements in improving products quali -ty ，reducing production cost and strengthening products competition in the market.Key words ：height gauge ；stand base ；main ruler ；rigidity马蹄形整体底座的工艺流程和工时定额如表3所示，工时定额共1475min.上述两种底座的工时差额为：2301-1475=826min节省工时比率为：826÷2301=35.89%即优化后的高度卡尺的底座比原有底座节省工时超过三分之一以上。