探讨DCS接地系统中的控制与应用

探讨DCS接地系统中的控制与应用摘要：随着国内有色金属行业的迅速发展和自动化水平的逐步提高，分散型控制系统（D C S ）已在国内各个有色金属冶炼厂中得到广泛的应用。

D C S 系统能够完成各装置的基本过程控制、操作、监视、管理，同时还可完成顺序控制、工艺连锁和部分先进控制等功能。

D C S 合理、可靠的系统接地，是DCS 系统非常重要的一个环节，为了确保DCS 系统监测和控制等功能安全、精确的运行，必须对系统的接地要求、接地方式、接地电缆和接地汇总板布置等方面进行详细的设计和合理的统筹规划。

本文列举了几家有色金属冶炼厂使用的DCS系统碰到的因接地问题引起故障及处理方法，根据D C S 系统的相关设计标准和规范要求，对D C S 接地系统进行简要的介绍和讨论，以供在今后D C S 系统安装、维护过程中进行参考。

关键词：D C S 系统；接地；应用Abstract: With domestic non-ferrous metal the rapid development of the industry and the gradual improvement of the automation level, distributed control system (D C S) has set up a file in the domestic each non-ferrous metal smelting plant widely applied. D C S system can accomplish each device, the basic process of the operation, control, monitoring, and management, and also can complete sequence control, process chain and part of the advanced control etc. Function. D C S reasonable and reliable system grounded and DCS system is one of important parts, in order to ensure that the DCS system monitoring and control of security, accurate operation function, must be to system’s ground requirements, grounding method, grounding cables and grounding summary board layout and so on the detailed design and rational overall planning. This paper lists several non-ferrous metal smelting plant use the DCS system with the ground problems caused by fault and processing methods, according to the relevant system D C S design standards and regulations and to D C S grounding system briefly introduces and discusses, for in the future D C S system installation, maintenance process of reference.Key Words: D C S system; Grounding; Application引言D C S 系统接地是为了确保在进入D C S 系统的信号、设备本体或供电电源等出现意外时，能够安全有效的承受过载电流并可快速将过载电流导入大地；同时确保D C S 系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量准确度和控制精确度的一种接地措施。

1 DCS系统接地的分类在通常情况下，D C S 系统主要做两种接地：保护接地和工作接地。

1.1 保护接地保护接地( 也称为安全接地) 是为保护人身安全和设备安全而设置的接地。

D C S 系统设备的外露导电部分正常时不带电，在故障、损坏或非正常情况时可能带有危险电压，D C S 系统中所有的机柜、操作站、辅助操作台、打印机等，均应做保护接地。

1.2 工作接地工作接地是为了使系统以及与之相连的仪表均能可靠运行，并确保测量和控制的精确度而设置的一种接地，工作接地也为整个D C S 系统提供公共信号参考点（即参考零电位）。

D C S 系统工作接地主要包括：仪表信号回路接地和屏蔽接地。

对于装有安全栅防爆措施的系统，要做本安接地。

2 DCS系统接地的方法和应用2.1 保护接地DCS 系统保护接地的各接地干线应汇接到保护接地汇总板，再由保护接地汇总板经接地干线接到仪表总接地板上，如图1 所示。

图1 DCS接地系统图当保护接地汇总板和仪表总接地板合用时，保护接地的各接地干线可直接接到仪表总接地板上。

仪表总接地板经由接地干线和电气总接地板连接。

D C S 系统的保护接地应实施等电位连接。

用点电压高于3 6 V 以上仪表的外壳、仪表盘、柜、箱、盒和电缆槽、保护管、支架、底座等金属部分，均应做保护接地。

用电电压不高于3 6 V 时可不做保护接地。

仪表电缆槽、电缆保护金属管应做保护接地，可直接焊接或用接地线连接在附近已接地的金属构件或金属管道上。

在仪表电缆槽、电缆保护金属管的连接处，应使用接地跨接线，并确保接地的连续和可靠。

非爆炸危险区域内安装在金属仪表盘、箱、柜、框架上的仪表，当其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。

仪表电缆槽和仪表电缆保护管在进入控制室处，应实施防雷接地连接。

D CS 系统的防雷接地排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排。

保护接地最终应通过仪表接地汇总板接至厂区电气专业的接地网，接地电阻要小于4 Ω。

2.2 工作接地DCS 系统工作接地的各接地干线应汇接到工作接地汇总板，再由保护接地汇总板经接地干线接到仪表总接地板上，如图1 所示。

仪表信号回路接地的原则为单点接地，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。

普通非隔离信号通常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。

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。

屏蔽接地是指将D C S 系统中信号电缆的屏蔽层接地，它可以把现场传输信号时受到的干扰屏蔽掉，以提高信号的精确度。

D C S 系统屏蔽接地应为单点接地，一般在控制室仪表盘柜侧做单点接地，如图2 所示。

当有防干扰要求时，多芯电缆中的备用芯线应在一点接地，屏蔽电缆的备用芯线和屏蔽层应在同一点接地。

图2 电缆屏蔽层单点接地工作接地最终应通过仪表接地汇总板接至厂区电气专业的接地网，接地电阻要小于1 Ω。

2.3 本安系统接地本安系统的作用是保护危险现场端永远处于安全电源和安全电压范围之内。

如果现场端短路，则由于负载电阻和安全栅电阻R 的限流作用，会将导线上的电流限制在安全范围内，使现场端不至于产生很高的温度或其它危险。

如果机柜一端产生故障，高压电信号加入了信号回路，则由于齐纳二级管的嵌位作用，也使电压位于安全范围之内。

本安系统接地分为隔离式安全栅本安系统和齐纳式安全栅本安系统，隔离式安全栅的本安系统不需要专门接地，齐纳式安全栅的本安系统则应设置本安接地系统，接地电阻必须小于1 Ω。

齐纳式安全栅本安系统接地方法：（1 ）齐纳式安全栅的各本安汇流排经接地干线接到工作接地汇总板。

每个汇流排的接地干线宜使用两根单独的导线。

（2 ）齐纳式安全栅的各接地汇流排也可直接接到本机柜的工作接地汇流排，再经接地干线接到工作接地汇总板。

每个汇流排的接地线宜使用两根单独的导线。

（3 ）使用齐纳式安全栅，危险区现场本安表必须为隔离型的，非隔离型的仪表不能采用。

（4 ）在使用齐纳式安全栅的本安系统中，直流电源的负端必须接到本机柜的本安接地汇流排上。

3 DCS系统接地排接地系统的各接地汇流排可采用截面为25mm ×6mm 的铜条制作。

接地系统的各接地汇总板应采用铜板制作，厚度不得小于6 m m，长、宽尺寸按需要确定。

机柜内的保护接地汇流排应与机柜进行可靠的电气连接。

工作接地汇流排、工作接地汇总板应采用绝缘支架固定。

接地系统的各种连接应牢固、可靠，并应保证良好的导电性。

接地线、接地干线、接地总干线与接地汇流排、接地汇总板的连接应采用铜接线片和镀锌钢质螺栓，并应有防松件，或采用焊接。

4 DCS系统接地线接地系统的导线应采用多股绞合铜芯绝缘电线或电缆，标识颜色为绿色或绿、黄两色。

各类接地线中，严禁接入开关或熔断器。

接地线的截面可根据连接仪表的数量和接地线的长度按下列数值选用:（1）接地线:1mm2～2.5mm2;（2）接地干线:4mm2～16mm2;（3）连接总接地板的接地干线:10mm2～25mm2;（4）接地总干线:16mm2～50mm2。

5 接地不良造成的部分故障案例及解决办法：在调试某厂DCS系统时，发现大量开关量信号无法从现场正确地送到DCS系统中，现象是无论现场开关是否闭合，DSC系统接到的信号总是闭合。

通过检测发现信号电缆未能有效接地，导致信号电缆感应电压超过160V，导致DCS接收到的大量开关量信号均为错误信号，在将信号电缆屏蔽层有效单端接地后，故障得以解决。

某碳素厂使用的燃烧装置为移动式，在一台炉子工作后移动至另一台炉子继续进行工作，在DCS调试过程中发现热电偶信号出现小幅度摆动，而压力等其他信号基本正常。

经过反复查找终于发现由于移动设备接地不便，施工单位擅自将原设计的工作接地改为将DCS接地极接至了电气保护接地，由于该厂电气保护接地接地电阻偏大，造成接地点电势波动，由于热电偶信号是较为微弱的毫伏信号，所以受到了较大幅度的干扰，而压力信号为电流信号，抗干扰能力较强，所以基本没有受到干扰，在重新设置新的工作接地极后，故障得以解决。

在另一个碳素厂仍然使用上述的燃烧装置，在正常生产中常常出现现场DCS与管理系统上位机通讯中断的现象，而出现该现象的频率并不是很高，通常数天或几个月出现一次。

而后出现频率逐渐增多。

后经检查发现，所使用的通讯电缆出现了两端接地，，在断开其中一段的接地后两年未再次出现通讯中断现象。