DCS系統(tǒng)接地分析

王征勇

福建福清核電有限公司 福建福清 350318

DCS合理、可靠的系統(tǒng)接地，是DCS 系統(tǒng)非常重要的內(nèi)容。為了保證DCS 系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)控制精度和安全、可靠運(yùn)行，必須了解干擾源，對(duì)系統(tǒng)接地方式、接地要求、信號(hào)屏蔽、接地線截面選擇、接地極設(shè)計(jì)、接地箱布置等方面，進(jìn)行認(rèn)真設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌考慮。本文根據(jù)DCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范要求，分析信號(hào)干擾源，對(duì)DCS系統(tǒng)接地進(jìn)行討論和分析。

1 接地目的

集散控制系統(tǒng)接地主要目的是為了確保安全和抑制信號(hào)干擾。

1.1 安全

包括人身安全和系統(tǒng)設(shè)備安全。與一般用電設(shè)備一樣，根據(jù)安全用電法規(guī)，電子設(shè)備的金屬外殼必須接大地，以防在事故狀態(tài)時(shí)金屬外殼出現(xiàn)過高的對(duì)地電壓而危及操作人員安全和導(dǎo)致設(shè)備損壞。

1.2 抑制干擾

（1）干擾原因。干擾又叫噪聲，是竄入或疊加在系統(tǒng)電源、信號(hào)線上的與信號(hào)無關(guān)的電信號(hào)。干擾會(huì)造成測(cè)量的誤差、嚴(yán)重的干擾（如雷擊，大的串模干擾可會(huì)造成設(shè)備損壞。常見的干擾源有電阻耦合引入的干擾、電容電感耦合引入的干擾、控制單元供電線路上引入的干擾、雷擊引入的干擾等。（2）接地對(duì)抑制干擾起到的作用。干擾如果得不到很好的抑制和防止，輕則影響系統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)精度，因而使正常的控制無法實(shí)現(xiàn)，重則會(huì)造成設(shè)備損壞。在抑制信號(hào)干擾方面，有多種方法，包括信號(hào)隔離、屏蔽、接地保護(hù)等。其中接地在抑制干擾方面主要作用有兩部分，一是提高系統(tǒng)本身的抗干擾能力；二是減小對(duì)外界的影響。集散控制系統(tǒng)的某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。如靜電屏蔽層接地可以抑制變化電場(chǎng)的干擾，因?yàn)殡姶牌帘斡玫膶?dǎo)體在不接地時(shí)會(huì)增強(qiáng)靜電耦合而產(chǎn)生“負(fù)靜電屏蔽”效應(yīng)，加以接地能同時(shí)發(fā)揮靜電屏蔽作用；系統(tǒng)中開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的干擾，在系統(tǒng)內(nèi)部（如各操作站及控制站間）會(huì)產(chǎn)生相互影響，通過接地可以抑制這些干擾的產(chǎn)生。

2 DCS接地分類

DCS中接地的種類主要有系統(tǒng)地、屏蔽地和保護(hù)地三大類。

2.1 系統(tǒng)地

控制系統(tǒng)中的基準(zhǔn)電位是各回路工作的參考電位，基準(zhǔn)電位的連線稱為系統(tǒng)地，通常是控制回路直流電位的0V導(dǎo)線。系統(tǒng)地是三類接地中最重要的一類，其是否要接大地以及如何接大地，與控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性密切相關(guān)。

2.2 屏蔽地

屏蔽地，它可以把現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)傳輸時(shí)所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號(hào)精度。DCS系統(tǒng)中信號(hào)電纜的屏蔽層應(yīng)做屏蔽接地。線纜屏蔽層必須一端接地，防止形成閉合回路干擾。為了抑制變化電場(chǎng)的干擾，控制系統(tǒng)中廣泛采用多種靜電屏蔽。所有作靜電屏蔽用的導(dǎo)體都必須良好接地才能發(fā)揮作用，即使是作電磁屏蔽用的導(dǎo)體也以接地為好。

2.3 保護(hù)地

保護(hù)地，是將DCS中平時(shí)不帶電的金屬部分（機(jī)柜外殼，操作臺(tái)外殼等)與地之間形成良好的導(dǎo)電連接，以保護(hù)設(shè)備和人身安全。當(dāng)故障發(fā)生（如主機(jī)電源故障或其它故障）造成電源的供電火線與外殼等導(dǎo)電金屬部件短路時(shí)，這些金屬部件或外殼就形成了帶電體，存在極大的人員觸電風(fēng)險(xiǎn)。

3 DCS系統(tǒng)的接地方法

DCS系統(tǒng)保護(hù)地和屏蔽地一般單獨(dú)設(shè)置，當(dāng)廠區(qū)電氣專業(yè)接地網(wǎng)接地電阻≤4Ω時(shí)，也可直接接當(dāng)廠區(qū)電氣接地網(wǎng)，但是在接地連接處20米內(nèi)不能有強(qiáng)的電流輸入點(diǎn)。接地線與現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜之間的連接，接地線與公用連接板之間的連接，接地總干線與公用連接板之間的連接，應(yīng)采用銅質(zhì)螺栓緊固。

3.1 操作員站、操作盤臺(tái)的接地方法

操作員站、操作盤臺(tái)接地的目的是消除操作站主機(jī)工作、盤臺(tái)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，以維持操作站主機(jī)、盤臺(tái)的正常穩(wěn)定工作。另外當(dāng)強(qiáng)電意外的接觸到操作員站柜體、操作盤臺(tái)外殼時(shí)，可以將電流迅速導(dǎo)入大地，避免對(duì)人員的觸電傷害。

給操作員站、操作盤臺(tái)敷設(shè)的接地線，一端從地線的公共連接板來，一端連接到操作員站柜體的螺釘上，如隔板的固定螺釘。如果電源接線板上的接地端沒有和操作臺(tái)柜體相連，那么需要人為增加一根電纜將操作站主機(jī)機(jī)殼與柜體相連，電纜一端連接到操作臺(tái)柜體的螺釘上，一端固定在操作站主機(jī)機(jī)殼的螺釘上即可。

3.2 I/O控制柜接地方法

（1）總體接地原則.機(jī)柜的正面底部裝有一根接地匯流銅條，是整個(gè)機(jī)柜的GND銅條，控制站內(nèi)部的系統(tǒng)地、安全地和屏蔽地都連接到該銅條上?？刂乒癜惭b到位后，其任何金屬部件應(yīng)和大地處于浮置狀態(tài)，包括固定用地腳螺絲，以利于系統(tǒng)的一點(diǎn)接地。（2）柜內(nèi)接地的連接.①系統(tǒng)地的連接.控制站系統(tǒng)地由機(jī)籠接地端子的地端，經(jīng)導(dǎo)線直接與機(jī)柜GND銅條相連而成。系統(tǒng)接地時(shí)，連接點(diǎn)一般選擇在匯流排最左邊。個(gè)別系統(tǒng)采用垂直安裝匯流排時(shí)，連接點(diǎn)一般選擇在匯流排最下方[1]。此項(xiàng)工作一般在系統(tǒng)設(shè)備出廠時(shí)已完成。②保護(hù)地的連接.DCS設(shè)有專門的接地螺釘，各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制柜的保護(hù)地之間可以通過銅導(dǎo)電纜串聯(lián)在一起，最后接入公共連連接板。③屏蔽地的連接.屏蔽地通過柜內(nèi)各個(gè)分匯流排匯入總匯流排，再通過銅導(dǎo)電纜單獨(dú)接至公共連連接板?，F(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的屏蔽層要求單端接到屏蔽地匯流排。通訊電纜屏蔽層也要與屏蔽地匯流排連接。

3.3 接地總線

同一個(gè)DCS系統(tǒng)中，所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)地必須同地，以滿足系統(tǒng)內(nèi)直流地（系統(tǒng)地）的等電勢(shì)要求。系統(tǒng)內(nèi)的系統(tǒng)地、安全地、屏蔽地必須最后匯流到同一個(gè)接地點(diǎn)上（即一點(diǎn)接地），而這個(gè)接地點(diǎn)的接地電阻應(yīng)足夠小，以保證有效地快速消除干擾。人身安全主要通過設(shè)備外殼的良好接地保證。DCS系統(tǒng)中設(shè)備外殼（保護(hù)地）已接到匯流條上，因此，系統(tǒng)接地時(shí)要求就近接地，以減小人體的電位差。

4 結(jié)語

接地系統(tǒng)在DCS安裝和應(yīng)用過程中是很重要的一環(huán)，很多令人費(fèi)解的故障現(xiàn)象往往都是系統(tǒng)接地不好引起的。不同DCS廠家對(duì)接地系統(tǒng)的要求和接法是不一樣的，就是同一家DCS，其接地系統(tǒng)也是在不斷的改變之中，針對(duì)每個(gè)電廠不同行的DCS系統(tǒng)，其接地需求還要根據(jù)其系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)具體分析。