05 DCS系統(tǒng)接地規(guī)范

1、 DCS系統(tǒng)接地規(guī)范介紹接地目的、分類、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和JX-300X DCS系統(tǒng)設(shè)備接地安裝規(guī)范。合理準(zhǔn)確的接地是保證集散控制系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信暢通的重要前提。正確的接地既能抑制外來干擾，又能減小設(shè)備對外界的干擾影響。而錯誤的接地反而會引入干擾，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致集散控制系統(tǒng)無法正常工作。因此接地問題不僅在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時要周密考慮，在工程安裝投運(yùn)時也必須以最合理的方式加以實(shí)現(xiàn)。3.1 接地目的集散控制系統(tǒng)接地有兩個目的: 一是為了安全；二是為了抑制干擾。3.1.1 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)時金屬外殼出現(xiàn)

2、過高的對地電壓而危及操作人員安全和導(dǎo)致設(shè)備損壞。3.1.2 抑制干擾包括兩部分，一是提高系統(tǒng)本身的抗干擾能力；二是減小對外界的影響。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的干擾，因?yàn)殡姶牌帘斡玫膶?dǎo)體在不接地時會增強(qiáng)靜電耦合而產(chǎn)生“負(fù)靜電屏蔽”效應(yīng)，加以接地能同時發(fā)揮靜電屏蔽作用；系統(tǒng)中開關(guān)動作產(chǎn)生的干擾，在系統(tǒng)內(nèi)部（如各操作站及控制站間）會產(chǎn)生相互影響，通過接地可以抑制這些干擾的產(chǎn)生。3.2 接地分類電子設(shè)備中“地”通常有兩種含義：“大地”和“系統(tǒng)基準(zhǔn)地”。 “大地”是指系統(tǒng)的金屬外殼、線路等通過接地線或接地板等接地裝置與大地相連，這里討論的接

3、地技術(shù)均指接大地。 “系統(tǒng)基準(zhǔn)地”是指信號回路的基準(zhǔn)電位導(dǎo)體(如控制系統(tǒng)的直流零伏導(dǎo)體等)，簡稱系統(tǒng)地。這時接地的含義是指單元、裝置內(nèi)部各部分電路的信號返回線與基準(zhǔn)電位導(dǎo)體之間的連接，接地的目的是為了給系統(tǒng)各部分提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位。DCS系統(tǒng)中有許多需要接地的部分。由于回路性質(zhì)和接地目的的不同，需要分成若干獨(dú)立接地子系統(tǒng)，然后連在一起實(shí)行總接地。DCS中接地的種類主要有以下三類：系統(tǒng)地、屏蔽地和保護(hù)地。3.2.1 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。與其他通信裝置不同，控制系統(tǒng)都不用大地作

4、為信號返回路徑。但系統(tǒng)地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)。1）系統(tǒng)地接地方式系統(tǒng)地的接地方式通常有三種：Ø 浮地方式不接大地，任其懸浮。為了抑制共模輸入電壓的影響，低電平信號輸入電路往往采用浮地方式。DCS中的I/O子系統(tǒng)都是采用浮置式。浮地方式的有效性取決于實(shí)際的懸浮程度。而對于DCS這種規(guī)模較大的系統(tǒng)，由于存在較大的對地分布電容，很難實(shí)現(xiàn)并保持真正的懸浮。當(dāng)系統(tǒng)基準(zhǔn)電位受干擾時，會通過對地分布電容出現(xiàn)的位移電流影響控制系統(tǒng)正常工作；當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模增大，輸入輸出線增多或加長時，都會使對地電容增大，位移干擾電流增加，而給系統(tǒng)引入干擾。因此，DCS主機(jī)的系統(tǒng)地

5、不能浮置，而要采用直接接地方式。Ø 直接接地方式系統(tǒng)地與大地直接相連。這種接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)恰與浮地方式相反，當(dāng)控制系統(tǒng)有很大對地分布電容時，只要合理選擇接地位置，便可以抑制分布電容的影響。Ø 電容接地方式經(jīng)電容將系統(tǒng)地與大地相連。接地電容為高頻干擾分量提供對地通路，抑制分布電容的影響，但對低頻干擾分量仍是斷路。所以類同浮地方式的部分缺點(diǎn)依然存在。2）系統(tǒng)地一點(diǎn)接地原則當(dāng)一套集散控制系統(tǒng)有多個現(xiàn)場控制站或數(shù)采站時，整套設(shè)備的系統(tǒng)地必須只有一點(diǎn)接大地。因?yàn)榻拥仉娮璨豢赡艿扔?，當(dāng)有電流從接地極注入大地時，接地極及其附近的大地電位便會升高，引起設(shè)備地電位的波動。所以如果有兩個或更

6、多的接地點(diǎn)，它們之間總會有地電位差，并導(dǎo)致產(chǎn)生環(huán)形地電流。集散控制系統(tǒng)中眾多的電氣和電子控制系統(tǒng)同時工作時，地電流分布狀況很復(fù)雜，必須仔細(xì)考慮地電位差的影響。JX-300X DCS每只機(jī)柜最多只有一點(diǎn)接大地，多個機(jī)柜由同一套直流電源供電時，必須只有一點(diǎn)接大地，且該點(diǎn)應(yīng)選擇開關(guān)電源所在的機(jī)柜。同樣JX-300X DCS操作站也必須接大地，并且僅有一點(diǎn)接大地。3）系統(tǒng)地一點(diǎn)接地方式一點(diǎn)接地方式分放射式和干線式兩種。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較小時，可以采用圖3.2.1-1所示的放射式一點(diǎn)接地。接地線盡可能選較粗的導(dǎo)線。而當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大時（三個控制站以上），宜采用圖3.2.1-2所示的干線式一點(diǎn)接地。干線式一點(diǎn)接地

7、就是將所有系統(tǒng)地用粗干線連起來，經(jīng)一點(diǎn)接地。粗干線的選擇要滿足粗、短、扁的要求，另外要注意粗干線要真正浮起來，避免與地連起來，尤其當(dāng)干線較長時，要保證只有一點(diǎn)接地。當(dāng)現(xiàn)場接地網(wǎng)電阻較?。ㄒ话阍趲资翚W以內(nèi)），并且所受干擾較小時，可以將該接地網(wǎng)作為干線使用。 圖3.2.1-1 放射式一點(diǎn)接地示意圖 圖3.2.1-2 干線式一點(diǎn)接地示意圖JX-300X由同一套開關(guān)電源供電的機(jī)柜，應(yīng)采用發(fā)射式接地方式先將各機(jī)柜匯流排（直流電源地）和開關(guān)電源所在機(jī)柜的匯流排連接，然后一點(diǎn)接地。多個系統(tǒng)的接地應(yīng)以干線式、就近接地為原則。如無法保證干線式接地，則應(yīng)以就近接地為原則，并在通訊口加裝防雷部件。接地時應(yīng)首先保證

8、人身安全，其次應(yīng)遠(yuǎn)離避雷針接地點(diǎn)，最后應(yīng)使接地電阻較小。3.2.2 屏蔽地為了抑制變化電場的干擾，控制系統(tǒng)中廣泛采用多種靜電屏蔽，如變壓器的靜電屏蔽層、線路的屏蔽層或局部空間的屏蔽罩等。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。1）屏蔽地的一點(diǎn)接地原則與系統(tǒng)地線一點(diǎn)接地的道理相同，控制系統(tǒng)屏蔽地也必須一點(diǎn)接地。在同一控制站內(nèi)，各屏蔽地就近接到匯流排，通過匯流排接地；如果存在多個控制站，則與系統(tǒng)地一樣，設(shè)立獨(dú)立的屏蔽接地母線，各控制站的屏蔽地都經(jīng)該接地母線一點(diǎn)接地。2）各種屏蔽層的接地方式Ø 信號電纜屏蔽層：原則上應(yīng)在信號源或接收器一側(cè)接地

9、。控制裝置之間的信號電纜應(yīng)在對地電容大的一端接地，這樣能減少信號電纜對地分布電容的影響。DCS中屏蔽層大多在機(jī)柜內(nèi)的端子接地。但是，對于鎧裝熱電偶不適用。因?yàn)楸粶y裝置通常都接地，而且有些是大電流或中高頻加熱裝置，噪聲很強(qiáng)，這樣的測溫屏蔽層應(yīng)在被測裝置一側(cè)接地。采用雙重靜電屏蔽層的電纜，通常均把外屏蔽層接到屏蔽地線，把內(nèi)屏蔽層接到系統(tǒng)地線。Ø 電源變壓器的屏蔽層：靜電屏蔽層應(yīng)接到保護(hù)地。為了保證電纜屏蔽層真正實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接地，應(yīng)該注意以下事項(xiàng)：1) 屏蔽電纜要有絕緣護(hù)套；敷設(shè)安裝電纜時避免損壞護(hù)套，譬如不可在有尖銳邊緣的金屬部位拖拉電纜；屏蔽層經(jīng)過轉(zhuǎn)接端子時，須專門配備供屏蔽層用的專用端子

10、，圖3.2.2-1所示，這樣能保持屏蔽層的連續(xù)性。圖3.2.2-1 電纜屏蔽層一點(diǎn)接地2) 當(dāng)發(fā)現(xiàn)屏蔽接地效果不佳時，首先要檢查屏蔽層的絕緣護(hù)套是否損壞。判斷的方法是：將屏蔽地一點(diǎn)接地點(diǎn)斷開，檢查屏蔽效果是否有改善，若是，則可以判斷電纜護(hù)套可能損壞。3) 對個別情況，信號電纜的屏蔽層需要兩端接地。如某些靈敏的高頻輸入電纜層要采用兩端接地，而且電纜應(yīng)緊貼地面敷設(shè)，以減少接地環(huán)路的面積；當(dāng)?shù)仉娢徊钶^大時，還可緊靠屏蔽線敷設(shè)一根較粗的電位平衡導(dǎo)線來平衡地電位差，減少流入屏蔽層的電流。3.2.3 安全地安全地也稱保護(hù)地。根據(jù)一般的人體電阻，已對各種環(huán)境下允許直接接觸的安全電壓值作出規(guī)定：普通環(huán)境為30

11、V左右；潮濕環(huán)境和手持設(shè)備為24V左右。凡工作電壓超出上述安全電壓的用電設(shè)備，其接觸部位外殼、機(jī)座、操作手柄等金屬部件都必須接地，稱為保護(hù)接地。DCS采用綜合接地方式，系統(tǒng)內(nèi)部已按一點(diǎn)接地原則將系統(tǒng)地、屏蔽地和安全地接到同一匯流排上。 3.3 接地設(shè)計(jì)準(zhǔn)則DCS系統(tǒng)中的三種接地最終都與大地相連，從而彼此連通。但是若它們之間的連接方法不妥，則可能通過多種途徑（如交流電位中線、公共接地線的阻抗、接地環(huán)路、接地導(dǎo)線的容性耦合等）引入強(qiáng)烈的干擾。特別是在集散控制系統(tǒng)中，強(qiáng)弱電設(shè)備有多種接地線和接地點(diǎn)，設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)很容易形成公共接地阻抗或接地環(huán)路而引入干擾。所以接地系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、施工中應(yīng)力求做到以下三點(diǎn)

12、：1）接地線盡可能選得短、粗、扁。當(dāng)接地線等于或接近信號波長的1/4時，接地線便成為天線，發(fā)射或接收噪聲干擾。因此，接地導(dǎo)線必須短。接地導(dǎo)線決不能大于信號波長的1/51/10。在實(shí)際施工中，以1MHZ作為一點(diǎn)接地的低頻極限頻率，與之相應(yīng)的接地導(dǎo)線以30米左右相宜。導(dǎo)線的粗細(xì)至少選3。2）建立等電位接地導(dǎo)線。綜上所述，DCS系統(tǒng)的接地分為安全地，系統(tǒng)地和屏蔽地，接地的目的一是為了人身安全，二是為了設(shè)備安全，三是為了抑制干擾。在進(jìn)行DCS接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時，需要視裝置的具體情況而定，有所側(cè)重地選擇一種最佳方式，因此最后形成的接地方式很可能是一種折中方案。對于已經(jīng)構(gòu)建了很好的全廠接地網(wǎng)的工業(yè)企業(yè)，可以

13、將安全地、系統(tǒng)地和屏蔽地都接到接地網(wǎng)上，構(gòu)成“一點(diǎn)接地”系統(tǒng)。對于沒有全廠接地網(wǎng)或者接地網(wǎng)效果不佳的用戶，我們下面提供一種系統(tǒng)的接地規(guī)范以供參考。對于其它情況特殊的工業(yè)企業(yè)，（如裝置的地勢和周圍相比比較突出，需要防止雷擊破壞）請參照上述的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則采取相應(yīng)的側(cè)重點(diǎn)。3.4 接地安裝規(guī)范3.4.1 電源系統(tǒng)電源系統(tǒng)由于已經(jīng)有地線和電氣地連接在一起，可以采用浮地方式供電。1） 采用專用配電箱配電箱應(yīng)安裝在控制室的電源進(jìn)線處，配電箱接地線應(yīng)與電氣地相連或就近接地。配電箱內(nèi)應(yīng)配置UPS連線端子。2）配UPS的電源系統(tǒng)由于UPS交流輸入端、交流輸出端中的接地線已連在一起，且與外殼相連，因此在配線時應(yīng)注意：

14、Ø UPS輸入端的接地線（或接地端）單獨(dú)與供電系統(tǒng)電氣地相連，無電氣地時，應(yīng)在交流電源進(jìn)線處就近接地，不要引到DCS系統(tǒng)；Ø UPS交流輸出端只引出相線和零線與控制站或操作站開關(guān)電源相連；Ø UPS外殼不能與控制站或操作站外殼相連或碰在一起。3）不配UPS 的電源系統(tǒng)只須引出相線和零線與控制站或操作站開關(guān)電源相連。3.4.2 控制站和操作站接地3.4.2.1基本接地方法控制站和操作站應(yīng)遠(yuǎn)離避雷泄流通路，其整個接地網(wǎng)和避雷接地點(diǎn)的最短距離應(yīng)15m。地域分布較廣的JX-300X系統(tǒng)應(yīng)以干線式就近接地為原則。3.4.2.2控制站接地SP202在機(jī)柜的正面底部裝有一根接地

15、匯流銅條，是整個機(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。圖3.4.2-2 SP202機(jī)柜接地銅條安裝示意圖控制柜安裝到位后，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。1）控制站開關(guān)電源接地控制站開關(guān)電源接地主要是開關(guān)電源的交流側(cè)接地與直流側(cè)接地。開關(guān)電源交流側(cè)接地是將交流進(jìn)線側(cè)的電氣保護(hù)地（E端）引到機(jī)柜GND或銅條。開關(guān)電源直流側(cè)接地則是將直流側(cè)地（GND端）通過DCS機(jī)籠供電端子的地端引到機(jī)柜GND銅條。圖3.4.2-3電源機(jī)籠背后接線端子排列圖2）控制站內(nèi)部接地Ø 系統(tǒng)地控制站系統(tǒng)地由機(jī)籠接地端子的地端，經(jīng)3導(dǎo)線

16、直接與機(jī)柜GND銅條相連而成。系統(tǒng)接地時，連接點(diǎn)一般選擇在匯流排最左邊。個別系統(tǒng)采用垂直安裝匯流排時，連接點(diǎn)一般選擇在匯流排最下方。此項(xiàng)工作一般在系統(tǒng)設(shè)備出廠時已完成。Ø 安全地控制站安全地由控制站開關(guān)電源交流進(jìn)線側(cè)的電氣保護(hù)地、機(jī)柜外殼與機(jī)柜GND銅條相連而成。此項(xiàng)工作一般在系統(tǒng)設(shè)備出廠時已完成。Ø 屏蔽地現(xiàn)場信號電纜如有屏蔽層，則將屏蔽層連線織成辮子后，與機(jī)柜GND銅條相連，連接點(diǎn)一般選擇銅條的右邊或下方。此項(xiàng)工作一般由用戶自行完成。SP202機(jī)柜內(nèi)部接地示意圖如圖3.4.2-4。 圖3.4.2-4 SP202機(jī)柜內(nèi)部接線圖3）操作站接地操作臺底部安裝有一根接地匯流排，

17、設(shè)備出廠時已將安全地（外殼）連接到此匯流排上。操作臺安裝到位后，其任何金屬部件應(yīng)和大地處于浮置狀態(tài)，以利于系統(tǒng)的一點(diǎn)接地。操作站接地包括工控機(jī)和顯示器接地。工控機(jī)和顯示器背部均提供有接地螺絲，此點(diǎn)既是系統(tǒng)地也是屏蔽地和安全地。圖3.4.2-6 工控機(jī)背部示意圖圖3.4.2-7 顯示器背部示意圖操作站接地按以下步驟：Ø 工控機(jī)和顯示器安裝到位后用（23）mm多芯軟銅線與操作站底部的接地匯流排相連，連接工控機(jī)和顯示器的一端應(yīng)使用O形連接頭；Ø 所有操作站接地銅條用3以上的多芯軟銅線相連，然后用3導(dǎo)線與控制站機(jī)柜GND銅條相連；3.4.3 接地總成同一個JX-300X DCS 系

18、統(tǒng)中，所有SCnet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接地點(diǎn)上（即一點(diǎn)接地），而這個接地點(diǎn)的接地電阻應(yīng)足夠小，以保證有效地快速消除干擾。在理想情況下，DCS系統(tǒng)最好使用網(wǎng)狀接地，所有現(xiàn)場設(shè)備、儀表和DCS的操作站和控制站均在該接地網(wǎng)內(nèi)，接地網(wǎng)有良好的雷擊保護(hù)，避雷針泄流點(diǎn)和接地網(wǎng)最短間距15m。但在實(shí)際應(yīng)用中極少有系統(tǒng)能滿足以上要求，因此，具體工程安裝時必須對接地方案采取按優(yōu)先級折衷的方法，優(yōu)先級由高到低排列順序如下：1） 人身安全；2） 設(shè)備安全；3） 通信網(wǎng)絡(luò)安全；4） 信號安全。人身安全主要通過設(shè)備外殼的

19、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)接地時要求就近接地，以減小人體的電位差。因?yàn)槔讚粼斐傻牡仉娢环磽羰窃O(shè)備損壞的重要原因，所以，良好的避雷接地網(wǎng)是保證系統(tǒng)安全的先決條件。接地點(diǎn)的選擇很重要，一般要求接地點(diǎn)上的接地網(wǎng)和避雷針泄流點(diǎn)距離15m。若和避雷針泄流點(diǎn)距離過近，當(dāng)雷擊產(chǎn)生時，會造成地電位急劇瞬變，極易造成系統(tǒng)的嚴(yán)重?fù)p壞。工業(yè)現(xiàn)場避雷針泄流點(diǎn)一般設(shè)置在建筑物周圍，當(dāng)建筑物內(nèi)無法滿足上述距離條件時，如已存在儀表地，則直接接到儀表地；否則，可在建筑物的避雷針保護(hù)范圍內(nèi)尋找滿足要求的接地點(diǎn)。在實(shí)際現(xiàn)場施工過程中，這個接地點(diǎn)最好是為JX-300X系統(tǒng)而設(shè)置的獨(dú)立地樁

20、（其接地電阻符合要求），這對系統(tǒng)的安全性和抗干擾能力都很有好處。機(jī)柜安裝時要避免將機(jī)柜與工廠電氣地連通，儀表柜的接地也必須不能破壞DCS系統(tǒng)一點(diǎn)接地的原則。系統(tǒng)只有1個控制站、1個操作站時：Ø 將操作站接地銅條與機(jī)柜GND銅條用>3mm導(dǎo)線相連接；Ø 利用>3mm導(dǎo)線，將機(jī)柜GND銅條與接地地樁相連接。系統(tǒng)有1#、2#多個控制站、多個操作站時：Ø 確定某一（如1#）控制站為所有接地的最后匯集點(diǎn)，稱為最終接地機(jī)柜；Ø 將各控制站的機(jī)柜GND銅條用導(dǎo)線相連，并將操作站接地用>3mm導(dǎo)線連到最終接地機(jī)柜的機(jī)柜GND銅條上；Ø 利用>3mm導(dǎo)線，將最終接地機(jī)柜的機(jī)柜GND銅條與接地地樁相連接。圖3.4.3-1 系統(tǒng)接地示意圖地樁要求：地樁接地體一般為4至6根（2.22.3）m長45×45×5角鋼，以（12）m間距打入地面2m深