接地接不好，DCS、PLC控制系統(tǒng)常被干擾！

更新時(shí)間：2020-09-01 12:13:03　點(diǎn)擊數(shù)：24038

      隨著DCS、PLC的廣泛應(yīng)用，儀表系統(tǒng)的接地已經(jīng)成為儀表工程設(shè)計(jì)的一個(gè)組成部分。儀表及控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到生產(chǎn)裝置安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。特別是采用分散控制系統(tǒng)，若不考慮和處理好現(xiàn)場電磁干擾和兼容問題，一方面要求生產(chǎn)制造單位提高系統(tǒng)抗干擾能力；另一方面，要求工程設(shè)計(jì)、安裝施工和使用維護(hù)單位引起高度重視。

1.DCS、PLC控制系統(tǒng)接地的重要性

1）保護(hù)接地：保護(hù)設(shè)備和人身安全。
2）工作接地：保證儀表精確、可靠地正常工作。
（1）信號回路接地；分兩種類型：一是儀表、PLC、DCS、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等電子設(shè)備本身結(jié)構(gòu)造成的事實(shí)上的接地；一是為抑制干擾而設(shè)置接地。
（2）屏蔽接地：抑制電容性耦合干擾，降低電磁干擾的部件的一種有效措施。

在儀表系統(tǒng)中要做屏蔽的接地的有：
 a、導(dǎo)線的屏蔽層、排擾線；
 b、儀表上的屏蔽接地端子；
 c 、未作保護(hù)接地而起屏蔽作用的金屬導(dǎo)線管、金屬匯線槽及金屬儀表外殼。
（3）本安儀表系統(tǒng)接地。這種接地除了具有抑制干擾的作用外，還有使儀表具有本安性質(zhì)的措施之一。
本安儀表系統(tǒng)的本安性能是借助于安全柵的隔離和能量限制作用，以保證進(jìn)入危險(xiǎn)的能量限制在安全定額以下，從而達(dá)到安全火花型的防爆性能。
2.控制系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)

控制室內(nèi)的儀表接地系統(tǒng)由接地線、接地匯流排、公用連接板、接地體等幾部分組成。

接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵守的原則、接地體的設(shè)置以及接地線等有關(guān)問題介紹如下：

 1、工作接地的原則——單點(diǎn)接地

由于地電位差的存在，如果出現(xiàn)一個(gè)以上的接地點(diǎn)就會形成回路，使儀表引入干擾，所以同一信號回路、同一屏蔽層或排擾線只能有根據(jù)一個(gè)接地點(diǎn)，不能有一個(gè)以上的接地點(diǎn)，除了既定接地以外，其他部位應(yīng)與一切金屬構(gòu)件絕緣。

信號回路的接地位置根據(jù)儀表類型決定。有些信號回路，信號源和接收儀表的公共線都要接地，必須把兩個(gè)接地點(diǎn)作電氣隔離。儀表線路中常用隔離變壓器來實(shí)現(xiàn)。
 

2、接地體的設(shè)置

儀表接地系統(tǒng)的保護(hù)接地一般情況下宜和電力系統(tǒng)的接地體共用，不必單獨(dú)設(shè)置接地體。

儀表系統(tǒng)工作接地體的設(shè)置有三種處理方式：

• 單獨(dú)設(shè)置的儀表系統(tǒng)接地體

• 廠區(qū)電氣系統(tǒng)接地網(wǎng)

• 電氣系統(tǒng)在不同裝置或不同界區(qū)分設(shè)的接地分配器。
  

采取何種方式，應(yīng)根據(jù)具體情況決定。

下面幾種情況推薦單獨(dú)設(shè)置接地體：

• 需要單獨(dú)設(shè)置的本質(zhì)安全儀表系統(tǒng)；

• 需要單獨(dú)設(shè)置的DCS或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；

• 電氣系統(tǒng)接地網(wǎng)接地電阻不能滿足儀表系統(tǒng)接地要求時(shí)；

• 土壤電阻率高，接地電阻不能達(dá)到設(shè)計(jì)值的場所，例如砂地、巖石或干燥地區(qū)；

• 周圍環(huán)境存在嚴(yán)重的電磁干擾；

• 所選用的儀表對躁聲相當(dāng)敏感，抗干擾要求高，如電磁流量計(jì)等；

• 控制室與電力系統(tǒng)接地體距離較遠(yuǎn)，若共用接地體，會使接地線過長，給施工維護(hù)帶來不便；

• 單獨(dú)設(shè)置接地體較為經(jīng)濟(jì)合理時(shí)。

從抑制干擾的觀點(diǎn)，防止電力系統(tǒng)對儀表的干擾，把兩個(gè)系統(tǒng)的接地完全分開，各自設(shè)置接地體，對儀表的防干擾是有利的。但從工程觀點(diǎn)看，單獨(dú)設(shè)置接地體比共用接地體投資大，費(fèi)鋼材，占地面積大，安裝維護(hù)麻煩。一般，除上述特殊情況外，儀表接地系統(tǒng)可以和電力系統(tǒng)共用接地體而不必單獨(dú)設(shè)置。

實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，電氣專業(yè)往往把全廠的地下管道、地下結(jié)構(gòu)、接地體連接成一個(gè)統(tǒng)一的接地網(wǎng)，其接地電阻值可達(dá)到很小的一個(gè)值，這對抑制干擾是很有利的。在這種情況下要把儀表接地系統(tǒng)和電力接地系統(tǒng)完全分開，對于安裝和維護(hù)是件很麻煩的事，采取共用接地體比較方便。

儀表系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置接地體，也應(yīng)該把儀表系統(tǒng)的接地體和電力系統(tǒng)的接地體連接起來，以達(dá)到電位平衡的目的。

 3、接地電阻

接地體或自然接地體的對地電阻和接地線電阻的總和稱為接地電阻。

儀表系統(tǒng)的保護(hù)接地電阻，一般為4Ω，最高不宜超過10Ω。當(dāng)設(shè)置有高靈敏度接地自動報(bào)警裝置時(shí)，如漏電開關(guān)，接地電阻值可大于10Ω。

PLC主要用于開關(guān)量的檢測控制，它的輸入、輸出模塊大多具有光電隔離功能，因而接地要求相對比較低。用于模擬量檢測控制的DCS系統(tǒng)，接地要求相對比較高。

當(dāng)信號回路多點(diǎn)接地時(shí)，由于地點(diǎn)位的不同，會在信號傳輸中引起誤差。但也有一些信號回路不接地的浮動工作地系統(tǒng)。

 4、接地線的選擇和連接

儀表系統(tǒng)的接地連線應(yīng)使用多股銅芯絕緣電線或電纜，不允許再用裸導(dǎo)線或鋼材，這對保證接地系統(tǒng)的質(zhì)量，提高接地連線的連續(xù)性和可靠性有較大的好處。

儀表系統(tǒng)的接地連線，除可引向單獨(dú)設(shè)置的儀表系統(tǒng)接地體、廠區(qū)電氣系統(tǒng)接地網(wǎng)以外，還可以引向電氣系統(tǒng)在不同裝置或不同界區(qū)分設(shè)的接地分配器。

（1）保護(hù)接地的接地線   

接地支線、接地分干線和接地總干線的截面數(shù)值選擇。

（2）工作接地的接地線

儀表盤、儀表柜、控制柜上需要接地的儀表，應(yīng)連接到接地端子或接地匯流排。接地匯流排宜采用25mm×6mm的銅條，應(yīng)設(shè)置絕緣支撐。

儀表盤、儀表柜、控制柜內(nèi)的接地端子或匯流排，經(jīng)各自的接地分干線至接地連接板，再由接地總干線與接地體連接。各匯流排、分干線應(yīng)彼此絕緣。接地連接板應(yīng)采用銅板制作，且采用絕緣支架固定。接地支線的連接、接地分干線的連接、接地總干線與接地連接板的連接，應(yīng)設(shè)置銅制接線片，并采用銅制緊固件固定。各類接地連線中嚴(yán)禁接入開關(guān)或熔斷器。

當(dāng)儀表盤內(nèi)同時(shí)有保護(hù)接地和工作接地時(shí)，應(yīng)分別設(shè)置供這兩類接地的專用匯流排或端子板。各臺儀表的保護(hù)接地、工作接地分別接至相應(yīng)的接地匯流排或端子板。盤內(nèi)的這兩類接地匯流排或端子板經(jīng)各自的分干線引至各自的公用接地板或接地總干線。這兩類接地匯流排、分干線、總干線應(yīng)彼此絕緣。

當(dāng)儀表系統(tǒng)和電力系統(tǒng)共用接地體時(shí)，兩個(gè)系統(tǒng)的接地匯流排分干線、總干線應(yīng)彼此絕緣。它們只能在接地體處或公用連接板處作相互連接，絕對不能在這點(diǎn)之前相連接，否則會引入干擾。接地線用色澤標(biāo)記。在一根接地線上嚴(yán)禁串接多個(gè)需要接地的儀表或裝置，因?yàn)檫@種做法不安全，一個(gè)接頭的中斷會引起多臺儀表脫開接地點(diǎn)。

接地線的連接必須牢靠。接地支線與儀表和接地匯流排的連接為螺栓連接；接地分干線與接地匯流排和公用連接板的連接用焊接或螺栓連接；接地分干線、接地總干線與接地體的連接為焊接。螺栓連接時(shí)應(yīng)裝配防松零件。

DCS控制系統(tǒng)接地

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)測控制精度和安全、可靠運(yùn)行，必須對系統(tǒng)接地方式、接地要求、信號屏蔽、接地線截面選擇、接地極布置等方面，進(jìn)行認(rèn)真統(tǒng)籌考慮。 

 DCS接地基本要求

DCS系統(tǒng)接地是為了保證當(dāng)進(jìn)入DCS系統(tǒng)的信號、供電電源或DCS系統(tǒng)設(shè)備本身出現(xiàn)問題時(shí)，有效的接地系統(tǒng)能承受過載電流并可以迅速將過載電流導(dǎo)入大地。接地系統(tǒng)能夠?yàn)镈CS提供屏蔽層，消除電子噪聲干擾，并為整個(gè)控制系統(tǒng)提供公共信號參考點(diǎn)（即參考零電位）。當(dāng)接地系統(tǒng)發(fā)生問題時(shí)(接地電阻過大，多點(diǎn)接地，接地線斷線或接地線與高電壓、大電流設(shè)備相接觸等)，會造成人員的觸電傷害及設(shè)備的損壞，據(jù)了解，有些DCS系統(tǒng)經(jīng)?！八罊C(jī)” (或不明原因的“死機(jī)”)，大多是因?yàn)榻拥叵到y(tǒng)不良或存在問題所引起的。因此，完善、可靠、正確的接地，是DCS系統(tǒng)能夠安全、可靠和良好運(yùn)行的關(guān)鍵。

DCS接地分類

在一般情況下，DCS控制系統(tǒng)需要兩種接地：保護(hù)地和工作地（邏輯地、屏蔽地等）。對于裝有安全柵防爆措施的系統(tǒng)如化工行業(yè)所用的系統(tǒng)，還要求有本安地。

• 保護(hù)地：（CG，Cabinet Grounding） 是為了防止設(shè)備外殼的靜電荷積累、避免造成人身傷害而采取的保護(hù)措施。DCS系統(tǒng)所有的操作員機(jī)柜、現(xiàn)場控制站機(jī)柜、打印機(jī)、端子柜等均應(yīng)接保護(hù)地。保護(hù)地應(yīng)接至廠區(qū)電氣專業(yè)接地網(wǎng)，接地電阻小于4Ω。

• 邏輯地：也叫機(jī)器邏輯地、主機(jī)電源地，是計(jì)算機(jī)內(nèi)部的邏輯電平負(fù)端公共地，也是+5V等的電源輸出地。如CPU的正負(fù)5伏、正負(fù)12伏的負(fù)端。需要接入公共接地極。

• 屏蔽地：（AG，Analog Grounding） 也叫模擬地，它可以把現(xiàn)場信號傳輸時(shí)所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號精度。DCS系統(tǒng)中信號電纜的屏蔽層應(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。鎧裝電纜的金屬鎧不應(yīng)作為屏蔽保護(hù)接地，必須是銅絲網(wǎng)或鍍鋁屏蔽層接地。接入公共接地極。
  

• 本安地：應(yīng)獨(dú)立設(shè)置接地系統(tǒng)，接地電阻≤4Ω。本安地的接地系統(tǒng)應(yīng)保持獨(dú)立，與廠區(qū)電氣地網(wǎng)或其它儀表系統(tǒng)接地網(wǎng)的距離應(yīng)在5m以上。

• 當(dāng)廠區(qū)電氣接地網(wǎng)對地分布電阻≤4Ω時(shí)，可將廠區(qū)電氣接地網(wǎng)當(dāng)著DCS系統(tǒng)的公共接地極（網(wǎng)）。

• 當(dāng)廠區(qū)電氣接地網(wǎng)接地電阻較大或雜亂時(shí)，應(yīng)獨(dú)立設(shè)置接地系統(tǒng)，即為DCS系統(tǒng)的公共接地極（網(wǎng)）。

• 沒有本安地接入的公共接地極（網(wǎng)）的對地分布電阻小于4歐姆；有本安地的小于1歐姆。接地總干線的線路阻抗小于0.1歐姆。

• 接地極周圍15米內(nèi)無避雷地的接入點(diǎn)，8米內(nèi)無 30KW 以上的高低壓用電設(shè)備外殼的接入點(diǎn)。當(dāng)現(xiàn)場無法滿足該條件時(shí)，防雷保護(hù)地通過避雷器/沖擊波抑制器與公共接地極的主干線相連。電焊地切勿與公共接地極及其接地網(wǎng)搭接在一起，二者應(yīng)距離10米以上。

• 
  

• DCS系統(tǒng)設(shè)置的接地裝置

1. 操作臺、打印臺、服務(wù)器柜：設(shè)有保護(hù)地螺釘。

2. 繼電器柜、UPS柜、配電柜：設(shè)有保護(hù)地螺釘。

3.  DCS的I/O機(jī)柜：設(shè)有屏蔽接地匯流排，保護(hù)地螺釘。系統(tǒng)地(+24V地)懸浮。

4. 儀表柜、手操盤臺：設(shè)有屏蔽地接地匯流排，保護(hù)地螺釘。

5. 安全柵柜：設(shè)有屏蔽地接地匯流排，本安地接地匯流排，保護(hù)地螺釘。

• 信號屏蔽及其接地

根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)定要求，計(jì)算機(jī)或 DCS系統(tǒng)信號電纜的屏蔽層不得浮空，必須接地，其接地方式應(yīng)符合下列規(guī)定：

1. 當(dāng)信號源浮空時(shí)，屏蔽層應(yīng)在計(jì)算機(jī)側(cè)接地；

2. 當(dāng)信號源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號源側(cè)接地；

3. 當(dāng)放大器浮空時(shí)，屏蔽層的一端與屏蔽罩相連，另一端宜接共模地(當(dāng)信號源接地時(shí)，接信號地。當(dāng)信號源浮空時(shí)接現(xiàn)場地)。

4. 當(dāng)屏蔽電纜途經(jīng)接線盒分?jǐn)嗷蚝喜r(shí)，應(yīng)在接線盒內(nèi)將其兩端電纜的屏蔽層連接。