DCS電磁干擾的抑制與接地

呂書山

摘 要：在DCS系統(tǒng)的應用中電磁干擾是危害其安全性、可靠性的重要因素。電磁干擾是DCS裝置出現(xiàn)瞬時故障的主要原因。電磁兼容性在這些設備的安裝過程中是考慮的一個重要原則，它的核心是抑制電磁干擾。電磁干擾的抑制要從干擾源、傳播途徑、接收器3個方面著手，切斷干擾耦合的途徑，干擾的影響也將被消除。常用的方法有降低或消除公共阻抗、屏蔽、隔離等。本文從安裝調試的角度，概括性的介紹了DCS系統(tǒng)接地和屏蔽層的接地方法，并指出了其設計、安裝、調試過程中應注意的問題和解決方法。

關鍵詞：電磁干擾 接地 DCS 屏蔽層接地處理

中圖分類號：TK32 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（c）-0045-03

DCS（Distributed Control System）即分布控制系統(tǒng)，又稱集散控制系統(tǒng)。自20世紀80年代中期進入我國以來，其先進性、可靠性與實用性在工業(yè)領域中廣泛應用，已成電力行業(yè)的一種常規(guī)工業(yè)設計。在電力線附近由于磁場的變化會引起電磁感應，當信號線靠近電力線時就會在由于電磁感應在信號回路產生干擾，這種干擾會影響測量顯示不準。如果電力線（大電流）離操作臺較近時，則會引起CRT畫面的晃動、變形、變色等；與高壓線的分布電容會誘發(fā)靜電感應，在已絕緣的器具或人體上產生電荷，這些電荷瞬間放電會產生靜電干擾，這種干擾輕則引起裝置的誤動作，重則燒壞電路器件。此外，控制柜（臺）各個邏輯地之間出現(xiàn)不等電位會對DPU產生干擾，嚴重時會造成控制紊亂，還可能沖擊RAM中的程序。工業(yè)控制的計算機涉及的信號類型繁多，現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣，為了保證DCS能夠可靠運行，保證人身與設備安全，則需要一個嚴格、可靠的接地。質檢中心站的專家在質量檢查DCS時也將接地情況作為重點檢查對象，而其接地問題始終未引起人們足夠的認識，鄭州新力三期2×200MW機組DEH轉速表在低轉速出現(xiàn)跳變，鄭州泰祥電廠2×135MW機組#1機組ETS誤動，都與現(xiàn)場信號屏蔽線的處理不當有關。

1 電磁干擾控制的主要方法

在DCS的設計、安裝和調試工作中采取以下方法來控制電磁干擾的產生。

（1）弱電線號（變送器、測溫元件等）電纜應避免和強電導線相互平行鋪設，更不能捆扎在同一束電纜中，或兩種信號使用同一根電纜。

（2）同一信號回路的兩根線必須在同一根電纜中。弱電信號回路的公共線應與同一個測量回路的另一根線，不得借用大地作為信號傳送導線（如圖1所示）。

（3）弱電信號回路不應與強電系統(tǒng)共用接地線（在信號源側接地時尤為重要）。

（4）弱電信號測量可利用對芯絞線抑制電磁干擾的影響。

（5）信號電纜必須敷設在金屬槽盒內，對于溫度補償導線，應敷設在獨立的槽盒內。

（6）屏蔽電纜的屏蔽層應采用“一點接地”的原則，不能采用裸屏蔽，以防止屏蔽層與其他金屬導體或結構接觸時形成通路，造成地電流或地電壓的干擾。

2 接地的概念

接地就是要與地同電位。因為高電壓大電流對人身安全有威脅，當設備和導線絕緣時可能導致機殼帶電，接地能使機殼電位接近于零電位或啟動保護裝置切斷電源，保證人身和設備的安全，這就是所謂的保護接地。DCS裝置內各部分都是由電子電路組成的，它們各自的直流工作電位不同，因此必須有一個統(tǒng)一的參考零電位，一般情況下這個零電位是通過接地獲得的，這就是所謂的直流地（又稱邏輯地或信號地）。對DCS裝置來說，“地”指的是基準電位點，接地就是使與基準電位點的各點連接。一方面是輸入、輸出信號有公共零電位，使得各級電信號之間有一個基準電位做參考；另一方面也是屏蔽層接至基準零電位以抑制電磁干擾的需要。

地電位十分復雜，大地本身各點電位經(jīng)常是不同的，為了盡量減少干擾的影響，一方面減少地線的阻抗，使裝置各個部分接地間的電位差接近于零；另一方面采取“一點接地”的原則，即整個系統(tǒng)的接地最終接到一個接地點上，每個信號回路的屏蔽層接地只允許一個接地點。

3 DCS裝置接地

DCS裝置接地包括機柜（臺）接地處理和屏蔽層接地處理。

DCS機柜（臺）都備有接地棒，機柜（臺）的接地棒有兩個：一個是機箱絕緣的稱邏輯地（PG）；另一個是與箱體連通的稱為（CG），一般狀況PG與CG在機柜（臺）是連通的。

原則上，各個機柜和控制臺的接地應分別連接，但對于安裝在同一個室內的機柜（臺）可以確定一處作為接地線的引入點，從該點與各機柜和控制臺相連。對于不設接地母線引入點的場合，可將接地母線引入中央位置的機柜內，然后其他各機柜和控制臺再與該機柜的接地連接。接地線均采用W型單芯電纜，不可用裸芯線代替。

作為原則，應如圖2所示，機柜和控制臺分別接地。

在有接地母線引入點的場合，可采用圖3所示的方法接地。這時，機柜（臺）與引入點之間用10mm2的接地線，接地母線用70mm2接地線。接地母線“引入點”采用δ=10mm的銅板制作，銅板固定在膠木板上，與橋架或機殼等絕緣。

如果沒有接地母線引入點，則必須將接地母線引入某個機柜內，按照圖4的方法接地。中央機柜（臺）與其他機柜（臺）之間使用10mm2的接地線，接地母線用70mm2接地線。

本系統(tǒng)的控制柜（臺）盡量避免與系統(tǒng)外的儀表盤柜或控制柜聯(lián)接，如果需要聯(lián)接時則采用圖5所示的方法，先將其盤柜與地面絕緣后再聯(lián)接。

4 電纜屏蔽層的處理

現(xiàn)場設備與DCS機柜連接的所有電纜的屏蔽層，原則上應在機柜側接地，就地一側浮空。如果信號源（特殊的測溫元件或變送器等）是屬于接地型的，可考慮在就地側接地，機柜側浮空。浮空的一側其屏蔽層剪去做進包頭內，不允許與其他設備或外殼相碰。

機柜（臺）側的每根電纜屏蔽層都應取出（信號源接地的屏蔽電纜除外），用塑料單芯軟線與之焊接連接，接至接地銅棒上，如圖6所示。電纜屏蔽層（一般為銅網(wǎng)）引出點應保持絕緣或在電纜作頭時將屏蔽引出焊接點一并包扎在內。接地軟線應整齊排列、美觀，最好放置在隱蔽處。對要求屏蔽線接到信號端子板上的屏蔽電纜，其屏蔽層不可接至接地銅棒上，但接地端子與銅棒是相通的。endprint

當信號源接地時，電纜屏蔽層接地點應放在現(xiàn)場信號源附近（此時機柜側應浮空），屏蔽線不能直接接到信號源的外殼上，應與信號源外殼或接地端子可靠連接后，用導線接至整個接地金屬上。

同一個測量回路的電纜屏蔽層應有電氣連續(xù)性，有中間端子箱的地方，屏蔽處理可按照圖7所示，屏蔽層的連接處應與箱體保持絕緣，即用塑料帶或絕緣膠帶包扎好。

DCS柜臺與柜臺之間的屏蔽處理原則上是DPU柜側接地，另一側浮空，不允許同一根電纜屏蔽層兩側都接地。

5 最終接地點的選擇

DCS所有機柜（臺）的接地最終是通過接地母線接至廠房的主接地網(wǎng)上。主接地往分兩種情況：一種是電氣設備接地網(wǎng)；另一種是計算機專業(yè)接地網(wǎng)。DCS廠家要求各不相同，有的廠家要求接在電氣接地網(wǎng)上，有的要求接在計算機專業(yè)接地網(wǎng)上。

電氣接地網(wǎng)主要是為適應電氣設備接地要求而安裝的接地系統(tǒng)。電氣接地網(wǎng)包括室內網(wǎng)和室外網(wǎng)。室外網(wǎng)是在廠房外圍繞各建筑物埋設（-0.8m），在土建進行廠房基礎澆筑配合施工；室外網(wǎng)是在廠房內各主要設備安裝前施工（0m），室內網(wǎng)與室外網(wǎng)焊接連接，接地線連接至電氣網(wǎng)的，接地母線與接地網(wǎng)的連接可選在廠房0m或電纜隧道的豎井口下，與接地極較近的接地扁鐵上。接地母線用銅鼻子壓接，接地扁鐵應打磨，采用鍍鋅螺栓連接牢固。

電氣接地線可能存在當電氣設備啟停是，強大的地電流可能造成地電位的差異，引起地電位對DCS系統(tǒng)產生干擾。為了消除干擾，可采用計算機專用接地網(wǎng)，這種接地網(wǎng)連接，一方面與電氣網(wǎng)獨立埋設，可避免地電流的影響；另一方面采用接地網(wǎng)土壤的特殊處理，可降低接地電阻阻值。

專用接地網(wǎng)的埋設要求如下。

（1）接地網(wǎng)深埋2m，要求用粘土或黃土拌金屬礦渣粉回填、夯實。

（2）接地網(wǎng)與其他接地部分之間大于5m，周圍10m之內不得有避雷接地系統(tǒng)。

（3）接地母線與獨立接地網(wǎng)之間的電纜用穿管形式，整個接地網(wǎng)的交叉處應可靠焊接。

無論何種接地網(wǎng)，其接地電阻都應盡可能小，接地完畢后應用專用測量儀表進行測量，其接地電阻（包括接地母線電阻）一般不大于1Ω。

6 結語

總之，DCS接地直接影響這DCS運行的可靠性與精確性，必須得到充分重視。根據(jù)對DCS系統(tǒng)常見問題的分析及其相應抑制措施的分析，可以看到，為了增強系統(tǒng)抵抗電磁干擾的影響能力，就需要采取相應的抑制措施。這些措施必須要有針對性，以可靠保障屏蔽或防止干擾型號的竄入，從而保證整個控制系統(tǒng)能可靠、穩(wěn)定正常運行。

參考文獻

[1] 郭志安.熱工儀表及自動化裝置系統(tǒng)安全操作技術標準規(guī)范應用手冊[M].中國電力科技文化音響出版社，2005.

[2] 梁新光，李邦全，崔元喜.DCS控制系統(tǒng)在調試和運行中出現(xiàn)的問題及處理方法[J].大化科技，2010（1）：47-48.

[3] 張春龍.DCS控制系統(tǒng)的安裝與調試[M].化學工業(yè)出版社，2014：21.

[4] 徐燕.集散控制系統(tǒng)原理及應用[M].北京：化工工業(yè)出版社，2011.endprint