DCS接地系統(tǒng)探討

周 偉

（江蘇井神鹽化股份有限公司，江蘇 淮安 223200）

DCS接地系統(tǒng)探討

周 偉

（江蘇井神鹽化股份有限公司，江蘇 淮安 223200）

保證電廠DCS（分散控制系統(tǒng)）安全、可靠運(yùn)行的重要條件之一就是DCS接地系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，DCS接地系統(tǒng)不僅可以避免人身傷害，而且可以避免設(shè)備的損壞。因此對DCS接地進(jìn)行全面設(shè)計，才能保證DCS的監(jiān)測控制精度和各方面的正常運(yùn)行。通過工作實(shí)踐和查閱有關(guān)資料了解，部分電廠調(diào)試和生產(chǎn)過程中發(fā)生DCS誤動事故、干擾引起的熱工系統(tǒng)異常甚至機(jī)組跳閘事件等都與系統(tǒng)接地有一定的關(guān)聯(lián)，多數(shù)是因?yàn)榻拥叵到y(tǒng)的問題所引起。因此，DCS接地系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行、通信暢通非常重要。本文分析了DCS系統(tǒng)的接地類型和要求，并針對不良接地的預(yù)防提出看法。

DCS接地；不良接地；危害；維護(hù)

0 前言

隨著我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛快發(fā)展，DCS（分散控制系統(tǒng)）已廣泛地應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中。據(jù)多方位了解，很多發(fā)電廠中DCS系統(tǒng)經(jīng)常會出現(xiàn)“死機(jī)”現(xiàn)象，這種“死機(jī)”現(xiàn)象多數(shù)的原因是因?yàn)榻拥叵到y(tǒng)不良或存在其他問題所引起的。為了避免DCS系統(tǒng)出現(xiàn)上述問題，保證DCS系統(tǒng)安全、正常的運(yùn)行。本文針對某地電廠熱控DCS系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研和分析，總結(jié)出一般性的DCS接地預(yù)防原則，便于技術(shù)人員在以后的實(shí)際工作中運(yùn)用。

1 DCS系統(tǒng)接地概述及作用

1.1 DCS系統(tǒng)接地概述

DCS系統(tǒng)即分散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以通信網(wǎng)絡(luò)為傳輸通道，通過過程級的監(jiān)控及控制形成多級的信息技術(shù)系統(tǒng)，使得在控制上具有分散控制和集中管理的優(yōu)點(diǎn)。在對DCS系統(tǒng)的設(shè)計過程中需要進(jìn)行計算機(jī)、通信、控制等技術(shù)領(lǐng)域的整體安排。因?yàn)镈CS系統(tǒng)所具有的優(yōu)點(diǎn)在我國的電廠中具有廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)的可靠性可以保證電廠機(jī)組的良好運(yùn)行。DCS系統(tǒng)接地是指將電路、元件單元以及信號參考點(diǎn)的等位點(diǎn)進(jìn)行連接，其中影響接地系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素是接地電阻的阻值，通常情況下要求接地電阻的阻值在4 歐姆以下可以保證DCS系統(tǒng)進(jìn)行必要的信號干擾。在接入適當(dāng)?shù)慕拥刈柚抵?，?dāng)DCS系統(tǒng)自身的輸入信號或供電電源發(fā)生故障時，接地保護(hù)就會將過載電流經(jīng)電阻導(dǎo)入大地，防止因電流過大對設(shè)備造成損壞。在降低電子噪聲干擾方面，接地系統(tǒng)可以為DCS系統(tǒng)提供屏蔽層，并為整個系統(tǒng)提供零點(diǎn)公共參考點(diǎn)。當(dāng)DCS系統(tǒng)接地發(fā)生如接地電阻阻值異常、接地線路斷線等故障時，就會造成機(jī)組設(shè)備損壞甚至對人身安全造成威脅，另外在電廠中監(jiān)控信號發(fā)生不規(guī)則波動或是DCS系統(tǒng)多次發(fā)生死機(jī)也是由于接地系統(tǒng)發(fā)生故障造成的。

1.2 DCS系統(tǒng)接地的作用分析

對DCS系統(tǒng)進(jìn)行不同方式的接地，所實(shí)現(xiàn)的功能也是有所區(qū)別的。當(dāng)對DCS系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)接地時，該接地系統(tǒng)主要是用來解決設(shè)備發(fā)生故障引起內(nèi)部電路短路狀況的發(fā)生，避免電流過大給設(shè)備操作人員造成傷害。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器的邏輯正常工作，必須對主機(jī)的電源進(jìn)行接地保證計算機(jī)內(nèi)部的邏輯電平為負(fù)。在對信號回路進(jìn)行接地時，通常情況下會對變送器和開關(guān)量信號的負(fù)端進(jìn)行接地，以實(shí)現(xiàn)對噪聲的剔除。另外對模擬信號屏蔽層的接地也可以實(shí)現(xiàn)對干擾信號的抑制功能。

2 DCS系統(tǒng)接地問題分析

2.1 對DCS系統(tǒng)接地分類問題的分析

對于接地裝置實(shí)現(xiàn)功能的不同，可以將DCS系統(tǒng)接地分為保護(hù)性接地和工作性接地兩種。這兩種接地方式都是為了保證設(shè)備以及人身的安全。保護(hù)接地是指，進(jìn)線電源絕緣損壞，導(dǎo)致電氣設(shè)備的金屬外殼很有可能帶上危險的相電壓，對其金屬外殼所采取接地的保護(hù)措施。而工作接地是指為了保證DCS的各種信號少受或不受外界的干擾，使DCS和與DCS相整合的儀器、儀表都能安全、可靠的運(yùn)行，保證儀器、儀表能夠精確的測量和控制而采取的接地保護(hù)。工作接地包括機(jī)器邏輯地、保護(hù)地、屏蔽接地、信號回路接地，在石化和其他防爆系統(tǒng)中還包括本安接地。

（1）保護(hù)地既可以防止設(shè)備外殼靜電荷富積，也可以避免造成人身的意外傷害，保護(hù)地是最基本的保護(hù)措施之一。DCS中所有機(jī)柜都應(yīng)接保護(hù)地。

（2）邏輯地也可稱為主機(jī)電源地或機(jī)器邏輯地。為的就是保證和控制系統(tǒng)內(nèi)電路工作時有一個統(tǒng)一的電位，不會因零電位上下浮動而引起不必要的信號誤差，邏輯地主要保護(hù)的是基準(zhǔn)電位，還可防止外界電磁場等干擾。

（3）屏蔽地又名模擬地。屏蔽地的主要目的就是提高信號的精確度，把現(xiàn)場的信號準(zhǔn)確、無誤地進(jìn)行傳輸，并防止外界的干擾。屏蔽層是金屬鎧的不應(yīng)接地，如果是鍍鋁或銅絲網(wǎng)的一端應(yīng)接地，且必需接入公共接地極。

（4）本安地是專門給配有本安回路中的安全柵專設(shè)的接地。本安系統(tǒng)的作用是保護(hù)危險現(xiàn)場一直處于安全的電流、電壓范圍之內(nèi)。如出現(xiàn)短路現(xiàn)象本安地會將線上的電流控制在安全范圍，不會因過載而產(chǎn)生其他危險。如果高壓電信號加入了信號回路，由于二級管的作用也可以使電壓位處于安全的范圍之內(nèi)。

2.2 DCS系統(tǒng)接地方式

（1） 利用原有的電氣接地網(wǎng)作為DCS接地網(wǎng)，與電氣接地網(wǎng)共地。

（2） 為DCS系統(tǒng)設(shè)立單獨(dú)的專用接地網(wǎng)。

（3） 為DCS設(shè)立專用接地網(wǎng)，經(jīng)接地母線、再轉(zhuǎn)接至電氣接地網(wǎng)。

由于第三種接地方式與第二種接地方式有較多相同處，過去，計算機(jī)或DCS系統(tǒng)曾經(jīng)較多的采用過單獨(dú)設(shè)置的專用接地網(wǎng)。但這種接地方式存在占地面積太大，投資高的缺點(diǎn)，且電纜及接地網(wǎng)鋼材耗量大，距廠房有相當(dāng)?shù)木嚯x，管理、維護(hù)、測量及查找接地極和接地線不方便，效果不理想。因此，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況總結(jié)出，設(shè)置專用的DCS接地網(wǎng)是既困難又不安全的。如某電廠曾因接地問題，造成機(jī)組跳閘數(shù)十次。根據(jù)后期整改，改用電氣接地網(wǎng)接地，取得了良好的效果。

2.3 現(xiàn)場接地注意事項(xiàng)

（1）現(xiàn)場控制站:接地螺絲因機(jī)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，因此，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。

（2）現(xiàn)場控制站:操作員站、工程師站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、服務(wù)器主機(jī)、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)。

（3）I/O模件:模擬量模件即直流24V的負(fù)端應(yīng)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。

（4）現(xiàn)場控制站的保護(hù)地應(yīng)從機(jī)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）接地系統(tǒng)的電阻必須進(jìn)行測試，以保證接地能滿足控制系統(tǒng)制造商的要求。

3 DCS系統(tǒng)接地原則問題的分析

3.1 在對DCS系統(tǒng)進(jìn)行接地處理時，需要嚴(yán)格按照一定的操作規(guī)范，才能保證接地裝置的準(zhǔn)確性

首先，DCS系統(tǒng)信號電纜屏蔽層應(yīng)該保持在非浮空的狀態(tài)，這樣才可以保證接地裝置的有效性。當(dāng)DCS系統(tǒng)信號源處于浮空狀態(tài)時，信號屏蔽層應(yīng)該考慮在信號源的一側(cè)進(jìn)行接地處理。當(dāng)DCS系統(tǒng)外部經(jīng)由接線盒進(jìn)行處理時，DCS系統(tǒng)信號屏蔽層應(yīng)該在接線盒裝置內(nèi)部針對兩側(cè)屏蔽層進(jìn)行可靠性的接地處理。

此外，為了確保DCS系統(tǒng)信號電纜工作的有效性，應(yīng)該對計算機(jī)的電纜進(jìn)行阻燃型紋網(wǎng)屏蔽處理。

3.2 對DCS系統(tǒng)接地要點(diǎn)問題的分析

在對DCS系統(tǒng)進(jìn)行接地處理，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的重點(diǎn)不同所接地要點(diǎn)也不同，因此需要根據(jù)組成部分的不同需要對接地要點(diǎn)進(jìn)行具體分析。對于DCS系統(tǒng)的供電電源，由于該部分已與電氣地相連，因此供電方式采取浮地模式即可滿足。對于DCS供電電源應(yīng)該采取專門性的配電箱，配電箱安裝的位置應(yīng)該安排在控制室進(jìn)線處，將接地線與供電電源連接時遵循近地原則。當(dāng)DCS系統(tǒng)配以UPS 時，UPS 輸入端應(yīng)該與電氣接地進(jìn)行獨(dú)立連接，并且UPS 的外殼應(yīng)該避免與操作站與控制站連接，將電源系統(tǒng)零線引出與操作站電源連接即可。另外對于DCS操作站而言，其底部多安裝有接地匯流排，在保證安全接地的同時并與匯流排進(jìn)行可靠性連接。

4 不良接地的預(yù)防

4.1 預(yù)防性維護(hù)措施

對于故障的處理預(yù)防遠(yuǎn)比事后處理更為重要。所以在DCS系統(tǒng)日常運(yùn)行過程中，做好各項(xiàng)預(yù)防性維護(hù)措施是減少故障發(fā)生，降低DCS接地故障的重要手段之一。DCS維護(hù)人員應(yīng)針對設(shè)備運(yùn)行要求、功能特點(diǎn)與具體用途，為其設(shè)置相應(yīng)的預(yù)防措施。為了最大限度地降低檢查工作與預(yù)防性措施實(shí)施對DCS系統(tǒng)及整個工廠正常生產(chǎn)運(yùn)營影響，可以利用機(jī)組大修期間，在檢查維修過程中排除一切安全隱患的前提下，對整個DCS系統(tǒng)進(jìn)行一次全面徹底的檢查，對各個子系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格細(xì)致的檢查，并將制定的各項(xiàng)預(yù)防性維護(hù)措施全部落實(shí)下去，為DCS系統(tǒng)的正常平穩(wěn)運(yùn)行提供安全保障，盡可能降低各種故障發(fā)生的概率。DCS系統(tǒng)預(yù)防性維護(hù)措施包括對操作站與控制站進(jìn)行停電檢修，查看是否有設(shè)備或系統(tǒng)發(fā)生故障，清除電源箱、計算機(jī)組等設(shè)備內(nèi)部的灰塵。對服務(wù)器、冗余電源、控制器進(jìn)行冗余測試，查看冗余電源是否工作正常，服務(wù)器與控制器是否性能良好，各構(gòu)件是否正常無損壞。檢查供電線路工作是否正常，線路負(fù)載是否匹配，UPS供電能力是否處于正常狀態(tài)，檢查接地系統(tǒng)與端子，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測試接地電阻大小。定時恢復(fù)與備份數(shù)據(jù)庫，在檢修前將所有數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分類備份，做好相關(guān)記錄工作。

4.2 日常性維護(hù)措施

為了避免設(shè)備發(fā)生故障，需要在電廠內(nèi)部建立科學(xué)的巡檢制度，所有的安檢人員需要按照規(guī)章制度辦事。為實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行需要工作人員根據(jù)巡檢制度嚴(yán)格執(zhí)行，這樣才能及時排查出DCS控制系統(tǒng)中存在的安全隱患，并可以在沒有發(fā)生故障之前及時解決隱患，保證DCS系統(tǒng)的正常工作。

開展日常性維護(hù)工作，首先仔細(xì)查看是否有故障征兆出現(xiàn)，對電源故障、死機(jī)故障等嚴(yán)重故障進(jìn)行重點(diǎn)檢查，一旦發(fā)現(xiàn)有征兆立即采取有效處理措施將故障排除，并施以有效的預(yù)防措施防止該類故障再次發(fā)生。其次，在對系統(tǒng)進(jìn)行日常維護(hù)的方面，需要包括對整個系統(tǒng)的灰塵進(jìn)行定期清理，以及對控制室內(nèi)的溫度和濕度進(jìn)行及時調(diào)整，通過對DCS系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的日常維護(hù)可以減緩設(shè)備的老化程度，保證其設(shè)備的正常運(yùn)行。第三，為保證DCS系統(tǒng)日常檢查工作進(jìn)行的全面到位、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)制定日常維護(hù)制度體系，將系統(tǒng)主控單元、服務(wù)器、控制單元、應(yīng)用程序、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、電源系統(tǒng)、輸入輸出模塊等各部分全部納入日常維護(hù)體系之中，并作出詳細(xì)具體的部署與要求，規(guī)范檢查人員行為。第四，實(shí)施日常檢查維護(hù)工作，對檢查工作所得數(shù)據(jù)信息進(jìn)行細(xì)致整理分類，并與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)檢查工作中存在的不足與缺陷，有針對性地加以改進(jìn)和完善，從而進(jìn)一步強(qiáng)化日常性維護(hù)措施，強(qiáng)化檢查工作在保障DCS系統(tǒng)安全運(yùn)行中的作用。

注意靜電防護(hù)措施，阻止靜電產(chǎn)生和減少靜電電荷的積累。在DCS控制室內(nèi)要采用防靜電地板，并嚴(yán)格要求在進(jìn)行手工操作DCS內(nèi)部器件時，工作人員應(yīng)穿戴防靜電的工作服、鞋和帽，應(yīng)戴防靜電護(hù)腕，不用易產(chǎn)生靜電的材料裝修控制室和器具，以免靜電加到器件上造成器件損壞。采取讓靜電得以泄放的措施。泄放的主要方法是靜電接地，即工作臺、機(jī)柜及所有可能有靜電積累處予以接地，使靜電有可靠的泄放通道。

4.3 加強(qiáng)人員培訓(xùn)

重視維護(hù)人員的職業(yè)技能培訓(xùn)工作，適應(yīng)新設(shè)備、新系統(tǒng)的升級更新?lián)Q代工作。確保DCS系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。定期邀請DCS生產(chǎn)廠家、維護(hù)部門專家，對工作進(jìn)行實(shí)地勘測之后，針對工廠的實(shí)際情況對維護(hù)、操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，讓生產(chǎn)一線人員提出工作中遇到的難以解決的問題，大家深入討論，由專業(yè)人士進(jìn)行研究和解答。由于操作人員的文化程度不等，也應(yīng)對內(nèi)部員工不定期地進(jìn)行DCS方面基礎(chǔ)知識的培訓(xùn)，讓他們由淺入深提高DCS知識和應(yīng)用能力。

5 總結(jié)

DCS的接地技術(shù)是非常重要的技術(shù)，在系統(tǒng)設(shè)計、實(shí)施及運(yùn)行維護(hù)過程中必須給予高度的重視。在DCS系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行中由于接地的故障導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)的死機(jī)、信號莫名其妙的跳動或時好時壞，約占到故障總數(shù)的一半以上。因此，供電和接地的問題絕不容忽視。因此，必須遵循DCS系統(tǒng)接地的各項(xiàng)原則要求，精心地施工和維護(hù)，按照技術(shù)規(guī)范，嚴(yán)格處理和應(yīng)用好系統(tǒng)的接地，才能保證DCS系統(tǒng)長時間地提供穩(wěn)定、可靠的服務(wù)。

［1］《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)技術(shù)條件》（DL/T1083-2008）.

［2］《分散型控制系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》（HG/T20573-2012）.

［3］張 聰.論述DCS系統(tǒng)的接地［J］.中國科技縱橫，2014（5）.

［4］鞏偉國.火力發(fā)電廠DCS接地系統(tǒng)抗干擾措施探討［J］.內(nèi)蒙古石油化，2014（5）.

［5］王小鳳.火電廠DCS接地系統(tǒng)的分析與設(shè)計［J］.中國儀器儀表，2014（5）.

［6］戚捷.通信機(jī)房設(shè)備與接地系統(tǒng)研究［J］.中國海洋大學(xué)學(xué)報，2007（3）.

Discussion on grounding system of DCS

Z?ou Wei
（Jiangsu Jings?en Salt & C?emical Industry Co.，Ltd，Huaian 223200，C?ina）

To ensure t?e power plant DCS （distributed control system），one of t?e important conditions for t?e reliable operation of t?e DCS grounding system in normal operation，DCS grounding system can not only avoid personal injury，but also can avoid t?e damage of t?e equipment. So t?e DCS ground compre?ensive design，to ensure t?e normal operation of t?e monitoring and control precision of DCS aspects. T?roug? t?e practice and access to relevant information about accident，malfunction of DCS part of t?e power plant commissioning and production process，t?e t?ermal system caused by t?e interference of abnormal and tripping events ?ave certain connection wit? t?e grounding system，mostly because of t?e problem of grounding system T?erefore，DCS grounding system is safe，stable operation，communication flow is very important. T?is paper analyzes t?e grounding type and requirements of DCS system，and puts forward opinions on t?e prevention of bad grounding.

DCS grounding； bad grounding； ?arm； maintenance

周偉（1980— ），男，江蘇淮安人，助理工程師，技師，碩士；研究方向：DCS維護(hù)，熱控相關(guān)。