探索儀表接地問題產(chǎn)生的系統(tǒng)故障排除方法

宋余祥++齊曉光

[摘 要]儀表接地的目的主要有兩個，其一是保護(hù)設(shè)備和人身的安全，其二是防止外界干擾對設(shè)備正常運(yùn)行的影響。實(shí)際工作中，由于各種原因，存在著接地上面的錯誤和隱患，造成各種故障。本文分析兩例典型案例，考察儀表接地問題的故障及排除方法。

[關(guān)鍵詞]儀表接地；故障；排除

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）19-0134-01

DCS、PLC控制系統(tǒng)存在著因?yàn)榻拥貑栴}造成的系統(tǒng)故障，這與電磁環(huán)境日益復(fù)雜有關(guān)。接地的作用，旨在保護(hù)設(shè)備和人員的安全，避免設(shè)備因?yàn)橥獠扛蓴_而造成故障。如接地本身出現(xiàn)問題，則必然會影響的奧DCS、PLC控制系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，一般來說，會出現(xiàn)各種干擾，儀表工作不正常等問題。

一、儀表接地問題實(shí)例研究

1.故障現(xiàn)象

某PTA裝置每天18：30至第二天6：00顯示BC101齒輪箱機(jī)殼振動，VI-24值不正常顯示，其余時間正常。

2.故障排除

首先維修人員通過實(shí)地觀測，在18：30-6：00期間進(jìn)行檢測，測振儀器顯示正常，PLC檢測正常，機(jī)組運(yùn)行從參數(shù)表現(xiàn)來看也同樣正常。則基本上可認(rèn)為VI-24值顯示問題。通過儀器驗(yàn)證，則發(fā)現(xiàn)果然有別種信號疊加，頻率為50Hz，為干擾信號。又該干擾信號為每日固定發(fā)生。即可確定該信號為人為動作造成。50Hz與交流電頻率相符，故障發(fā)生期間正好為照明電源使用時間，因此可確定干擾信號為照明電源。

通過實(shí)驗(yàn)得知，對VI-24造成影響的為路燈，由于路燈與控制系統(tǒng)機(jī)柜通過接地引入線相連，因此路燈的對VI-24造成了干擾。

3.問題討論

首先通過儀器檢測確定設(shè)備本身工作正常。其次考慮VI-24為頻率信號，有可能因?yàn)楦蓴_問題造成示值問題，那么就可通過尋找干擾源來確定故障原因。通過對故障時間進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)故障圓存在一定的規(guī)律性。又從干擾信號為50Hz這一特殊數(shù)值表明，干擾信號與交流電有著密切關(guān)系。但交流電也好、照明也好、系統(tǒng)接地也好，如果一直有問題，那么應(yīng)該從一開始就存在了。而故障為最近發(fā)生，因此最近的變動導(dǎo)致了故障的發(fā)生。故障源一定與新近的電路變動有關(guān)。通過實(shí)地勘察可以發(fā)現(xiàn)，電纜為新近敷設(shè)，且根據(jù)日志記錄，其投入使用的時間恰好與干擾出現(xiàn)的時間吻合。因此可確定干擾源。

確定干擾源之后，還要對干擾的具體產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。則發(fā)現(xiàn)只有一側(cè)電纜通電時，交流電頻率信號不足以強(qiáng)大到干擾VI-24值。只有在新舊電纜共同作用并引起干擾信號的加強(qiáng)時，干擾才會發(fā)生。由此可著手制定維修方案，排除故障。

由于電纜移動費(fèi)用較大，很不經(jīng)濟(jì)，則通過停用故障路燈來達(dá)到排除干擾的問題。事實(shí)也正是如此。不使用路燈后，VI-24值恢復(fù)正常。

二、接地隱患問題

1.故障舉例

某PET裝置DCS使用某公司的TPS系統(tǒng)，UCN網(wǎng)絡(luò)存在網(wǎng)絡(luò)噪音報警。其中UCN網(wǎng)絡(luò)的兩條線路，一條可進(jìn)行正常通信，網(wǎng)絡(luò)噪聲主要在于另一條線路中。一旦唯一的一條通信線路中斷，整個控制系統(tǒng)將無法正常工作。

2.原因分析

在對UCN個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查，重新連接，保證緊密牢固之后，又增加空調(diào)改善設(shè)備運(yùn)行環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常，但不久后又出現(xiàn)相同問題。可見也節(jié)點(diǎn)和環(huán)境無關(guān)，還存在另外的問題。其主要在于接地故障和接地隱患。

3.接地錯誤和隱患

該TPS系統(tǒng)在裝置時存在著未按照要求接地的情況。按照規(guī)范要求，安全地接地和主參考地接地應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格分開，分別接地。但實(shí)際情況卻是系統(tǒng)保護(hù)地和工作地的銅母板被電纜連接在一起，從而形成環(huán)狀回路。而網(wǎng)絡(luò)噪音產(chǎn)生就是因?yàn)殡姶诺刃盘柕母蓴_，它們是由安全地引入的。如工作地和安全地分別接地，接地樁分別獨(dú)立，且兩個接地樁之間具有三米以上的距離的話，那么就不會產(chǎn)生這種情況。

此外本例的接地情況中還存在兩個隱患。第一個隱患就是安全地和保護(hù)地連接在一起，沒有使用單獨(dú)的引線將安全地與接地樁相連，致使各種干擾信號被引入系統(tǒng)。此外由于PET裝置的樓層布局問題，整體空間存在著交叉問題，致令線路間的電位處于不平衡狀態(tài)。第二個隱患即工作地接地線過長，超過最高限度40米，且接地位置附近就是油罐區(qū)，雷電容易通過罐體的防雷系統(tǒng)被引入DCS，變成干擾信號后造成網(wǎng)絡(luò)噪音。

4.排除方法

找到具體原因之后，即通過設(shè)置獨(dú)立的工作地和安全地，保證相隔距離，且限制接地線的長度，并且增加接地體。系統(tǒng)要求的工作接地體和保護(hù)接地體的距離要大于三米，接地線的最大長度在一百五十米，因此設(shè)置接地體位置遠(yuǎn)離油罐區(qū)，而裝置在草坪底下，距離室內(nèi)設(shè)備控制在一百米以內(nèi)。同時制作接地電阻。工作地的接地電阻在1歐姆以下，而保護(hù)地的接地電阻則要在4歐姆以下。工作地和保護(hù)地的匯流板都要用兩根電纜接出。至此網(wǎng)絡(luò)噪音問題解決，系統(tǒng)基本恢復(fù)正常。偶爾檢測到的網(wǎng)絡(luò)噪音也處在合理的范圍之內(nèi)。

三、儀表接地要求及故障排除方法

不同種類的DCS、PLC控制系統(tǒng)的接地要求如下表所示：（見表1）

一般來說，儀表接地的情況有很多種。由于工程規(guī)模所限，無法對所有的接地需求都予以回應(yīng)，因此必須充分利用接地的機(jī)理，將接地系統(tǒng)加以簡化。簡化接地系統(tǒng)的主要原理，就是把儀表的系統(tǒng)接地分成兩部分，分別是保護(hù)接地和工作接地。前者用于保護(hù)人身安全和設(shè)備安全，后者則用于防止儀器受到外界干擾能夠穩(wěn)定工作。

根據(jù)上述實(shí)例分析，儀表接地的主要原則應(yīng)當(dāng)是這樣：保護(hù)地與電力系統(tǒng)如使用一個接地體，則各自的接地匯流排、分/總干線應(yīng)保持彼此的絕緣，只在接地體引出處相連，以防止干擾的引入。如保護(hù)地單獨(dú)接地，則可以利用儀表系統(tǒng)和電力系統(tǒng)兩者的接地體在引出處的相連來達(dá)到電位平衡。工作地和電力系統(tǒng)接地應(yīng)當(dāng)分開各自擁有獨(dú)立接地體，這樣可最大限度減小干擾。

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[作者簡介]宋余祥（1987-），男，漢族，本科，助理工程師，化工儀表管理，研究方向：化工儀表自動化