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浅谈DCS系统的接地
作者：王刚 王锐 谭丽娜
来源：《科技创新导报》2012年第01期
摘 要:对集散控制系统(DCS)的接地问题进行了详细阐述。
关键词:接地 安全 抑制干扰
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)01(a)-0084-02
集散控制系统通过输入输出(I/O)信号电缆实现控制室和现场的数据通信。正确的接地是保证系统良好运行的重要条件。正确的接地能抑制外来干扰,又能减小设备对外界的干扰。从而提高系统运行的安全性和可靠性。而错误的接地反而会引入干扰,严重的甚至会导致集散控制系统无法正常工作。
1 接地目的
集散控制系统接地有两个目的:一是为了安全;二是为了抑制干扰。
1.1 安全
包括人身安全和系统设备安全。与一般用电设备一样,电子设备的金属外壳必须接大地,以防在事故状态时金属外壳出现过高的对地电压而危及操作人员安全和导致设备损坏。
1.2 抑制干扰
包括两部分,一是提高系统本身的抗干扰能力;二是减少系统对外界的影响。由于DCS系统所采集的现场信号多种多样,包括多种模拟信号和开关信号,例如热电阻信号、热电偶信号、4～20mA模拟量输入和输出信号、以及开关量信号等等。这些信号极容易被附近的干扰源干扰,并且各个信号之间也是容易相互影响的。因此采用集散控制系统的某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。良好正确的接地系统是DCS抗电磁干扰的重要措施之一。
2 系统的接地总体原则
在DCS系统中,接地技术指的就是系统接“大地”。就是指系统的金属外壳、线路等通过接地线或接地板等接地装置与大地相连。
2.1 DCS中接地的种类
DCS系统接地
为保证控制系统的现场接地实施水平,保证控制系统在现场的安全可靠使用,特制定本规程;
一、接地分类
接地主要可分为保护接地、工作接地、本安系统接地、防静电接地和防雷接地;
1、保护接地
1保护接地也称为安全接地是为人身安全和电气设备安全而设置的接地;凡控制系统的机柜、操作台、仪表柜、配电柜、继电器柜等用电设备的金属外壳及控制设备正常不带电的金属部分,由于各种原因如绝缘破坏等而有可能带危险电压者,均应作保护接地;2低于36V 供电的现场仪表,可不做保护接地,但有可能与高于36V 电压设备接触的除外;
3当安装在金属仪表盘、箱、柜、框架上的仪表,与已接地的金属仪表盘、箱、柜、框架电气接触良好时,可不做保护接地;2、工作接地
1仪表及控制系统工作接地包括：仪表信号回路接地和屏蔽接地;
2隔离信号可以不接地;这里的“隔离”是指每一输入信号或输出信号的电路与其它输入信号或输出信号的电路是绝缘的、对地是绝缘的,其电源是独立的、相互隔离的;
3非隔离信号通常是以直流电源负极为参考点,并接地;信号分配均以此为参考点; 4仪表工作接地的原则为单点接地,信号回路中应避免产生接地回路,如果一条线路上的信号源和接收仪表都不可避免接地,则应采用隔离器将两点接地隔离开;
3、本安系统接地
1采用隔离式安全栅的本质安全系统,不需要专门接地;
2采用齐纳式安全栅的本质安全系统则应设置接地连接系统;
3齐纳式安全栅的本安系统接地与仪表信号回路接地不应分开;
4、防静电接地
1安装DCS、PLC、SIS 等设备的控制室,应考虑防静电接地;这些室内的导静电地面、活动地板、工作台等都应进行防静电接地; 2已做了保护接地和工作接地的仪表和设备不必再另做防静电接地;
5、防雷接地
1当仪表及控制系统的信号线路从室外进入室内后,需要设置防雷接地连接的场合,应实施防雷接地连接;
2仪表及控制系统防雷接地应与电气专业防雷接地系统共用,但不得与独立避雷装置共用接地装置;
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DCS系统接地要求、方式、原则、
电阻率、材料以及注意事项和规范要求
集散控制系统简称DCS，也可直译为“分散控制系统”或“分布式计算机控制系统”。集散控制系统是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制。
一、DCS系统接地的基本要求
DCS系统接地是为了保证当进入DCS系统的信号、供电电源或DCS系统设备本身出现问题时，有效的接地系统能承受过载电流并可以迅速将过载电流导入大地。接地系统能够为DCS提供屏蔽层，消除电子噪声干扰，并为整个控制系统提供公共信号参考点（即参考零电位）。
当接地系统发生问题时(接地电阻过大，多点接地，接地线断线或接地线与高电压、大电流设备相接触等)，会造成人员的触电伤害及设备的损坏，据了解，有些DCS系统经常“死机” (或不明原因的“死机”)，大多是因为接地系统不良或存在问题所引起的。因此，完善、可靠、正确的接地，是DCS系统能够安全、可靠和良好运行的关键。
二、DCS接地分类 2 / 9
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。
2.1保护地（CG，Cabinet Grounding）
是为了防止设备外壳的静电荷积累、避免造成人身伤害而采取的保护措施。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。保护地应接至厂区电气专业接地网，接地电阻小于4Ω。
2.2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。如CPU的正负5伏、正负12伏的负端。需要接入公共接地极。
2.3屏蔽地（AG，Analog Grounding）
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。
1.1.1保护地（CG，Cabinet?Grounding）?是为了防止设备外壳的静电荷积累、避免造成人身伤害而采取的保护措施。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。保护地应接至厂区电气专业接地网，接地电阻小于4Ω。
1.1.2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。如CPU的正负5伏、正负12伏的负端。需要接入公共接地极。
1.1.3屏蔽地（AG，Analog?Grounding）?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。接入公共接地极。
1.1.4本安地?应独立设置接地系统，接地电阻≤4Ω。本安地的接地系统应保持独立，与厂区电气地网或其它仪表系统接地网的距离应在5m以上。
1.2DCS系统接地方式?DCS系统一般接地方式
1.2.1利用电气接地网作为DCS接地网，即与电气接地网共地；?
1.2.2设DCS系统专用独立的接地网；
1.2.3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。如某电厂曾因接地问题，造成机组跳闸数十次。根据调查，不少电厂DCS后来改用电气接地网接地，取得了良好的效果。
