DCS应用-接地系统方案

1、隘接地系统的准阿备般 扒 傲在白 DCS 傲应用中，最让佰人不清楚的，安但又是必须理百解的大概就是昂接地问题了。把不仅很多用户盎不清楚，就连拌有的系统集成吧商、盎 DCS 伴厂商代理处的熬有些人都未必俺特别清楚，原班因是因为大部挨分学自动控制芭和计算机的人摆在学校学自动罢控制原理或计败算机原理时是板不学接地内容办的。而工业控氨制计算机又涉胺及到除了计算八机本身外还有岸很多各种类型般的信号线，直板接与计算机皑 I 熬皑 O 吧接口相连，这熬些信号有开关敖量型（包括开鞍入、开出、而跋且负载能力也懊有很大差别，搬有模拟类的（岸大信号白 : 4 罢败 20mV 敖，癌 1 挨敖 5V 艾，小信号按 0

2、 埃般 50mV 俺。把 O 白般 10mV 拜，大信号中有版四线制的，也背有两线制的）碍有的系统中还埃有交流信号直邦接通过互感器背而接到计算机胺的交流信号来哀样，这样也就暗造成了各工控耙机厂家（特别熬是胺 DCS 吧厂家）为了保芭证自己系统能般够在各版 白种应用现场正凹常运行，提出凹了各种各样的跋接地要求。而坝这些接地要求扳差别很大，有鞍的很苛澳 巴刻，有的相对按宽松一些。这般就更使现场人矮员混乱了。不鞍仅厂家提的接耙地要求不一致摆，而且各种教版科书和设计手坝册中对接地的板解释也不甚统坝一。为了让现奥场施工人员和肮工程服务人员叭对接地问题有靶一个较全面的埃了解，我们在暗此较为详细地翱介绍一个

3、系统隘应用中遇到的肮一些接叭 伴地概念和方法翱。唉 佰1颁 吧、干扰原因隘 稗 捌为了理解接地跋的目的，我们鞍先介绍系统应澳用中所面临的背几种干扰。干办扰又叫噪声，稗是窜入或叠加袄在系统电源、敖信号线上的与八信号无关的电埃信号。干扰会伴造成测量的误版差、严重的干袄扰（如雷击、拌。大的串模干拜扰可会造成设扳备损坏。常见扮的干扰有以下袄几种：碍 班（疤 1 盎）电阻耦合引疤入的干扰（传八导引入）暗 扒 扳当几种信号霸线在一起传输肮时，由于绝缘把材料老化，漏俺电而影响到其扒它信号，即在岸其它信号中引捌入干扰。岸 摆 耙在一些用电敖能作为执行手颁段的控制系统鞍中（如电热炉胺、电解槽等）白信号传感器漏澳

4、电，接触到带吧电体，也会引靶入很大的干扰巴。皑 矮 癌在一些老式俺仪表和执行机叭构中，现场端凹采用板 220V 伴供电，有时设绊备烧坏，造成袄电源与信号线瓣间短路，也会背造成较大的干挨扰。奥 盎 靶由于接地不矮合理，例如在绊信号线的两端佰接地，会因为凹地电位差而加安入一较大的干案扰，如图扒 3.4.9俺 挨所示。信号线八的两端同时接隘地，这样，如鞍果捌 A 敖、暗 B 巴两点的距离较盎远，则可能会办有较大的电位邦差耙 eN 凹，这个电位差笆可能会在矮 A 矮哀 B 败两端之间的信昂号线上产生一巴个很大的环流罢。奥 摆（埃 2 阿）电容电感耦翱合引入的干扰叭 佰 翱因为在被控现隘场往往有很多傲信

5、号同时接入佰计算机，而且八这些信号线或阿者走电缆槽，唉或者走电缆管懊 , 熬但肯定是很多靶根信号在一起半走线。这些信埃号之间均有分埃布电容存在，邦会通过这些分把布电容将干扰敖加到别的信号坝线上，同时，懊在交变信号线办的周围会产生熬个交变的磁通柏，而这些交变拌磁通会在并行靶的导体之间产叭生电动势，这岸也会造成线路癌上的干扰。版 八（笆 3 肮）计算机供电跋线路上引入的叭干扰肮 唉 办在有些工业现笆场懊 ( 皑特别是电厂冶笆金企业、大的拔机械加工厂）颁大型电气设备罢启动频繁，大靶的开关装置动罢作也较频繁，稗这些电动机的疤启动、开关的案闭合产生的火拔花会在其周围艾产生很大的交敖变磁场这些翱交变磁场既

6、可百以通过在信号稗线上耦合产生凹干扰，也可能蔼通过电源线上八产生高频干扰艾，这些干扰如半果超过容许范爸围，也会影响瓣计算机系统的熬工作。捌 唉（扳 4 盎）雷击引入的般干扰捌 拌 俺雷击可能在系罢统周围产生很岸大的电磁干扰癌，也可能通过爸各种接地线引吧入干扰。白2、干扰抑制半 坝 吧以上列举了产跋生干扰的几种傲原因，这些干班扰如果得不到把很好的抑制和版防止，轻则影伴响系统的测量霸技术精度，因搬而使正常的控半制无法实现，啊重则会造成设隘备损坏，人们俺在长期的工程搬实践中总结出阿了很多干扰抑埃制的方法。败 半（版 l 哎）隔离拔 懊 癌使所有的信案号线很好地绝鞍缘，使其不可拌能漏电，这样坝，防止由

7、于接胺触引入的干扰疤；翱 埃 笆将不同种类哎的信号线隔离稗铺设（在不同案一电缆槽中，把或用隔板隔开唉），我们可以叭根据信号不同搬类型将其按抗隘噪声干扰的能百力分成几等。柏 霸 搬模拟量信号（胺模人、摸出，靶特别是低电平八的模人信号如捌热电偶信号，霸热电阻信号等搬）对高频的脉搬冲信号的抗干扮扰能力是很差凹的。建议用屏跋蔽双绞线连接艾，且这些信号白线必须单独占百用电线管或电板缆槽，不可与拌其它信号在同氨一电缆管（或拌槽）中走线。爸 敖 扳低电平的开关熬信号（一些状颁态干结点信号办），数据通信靶线路（捌 RS232埃 佰、哀 EIA48霸5 柏等），对低频拌的脉冲信号的敖抗干扰能力比背上种信号要强斑

8、，但建议最好凹采用屏蔽双绞拌线（至少用双吧绞线）连接。拌此类信号也要背单独走线，不澳可和动力线和碍大负载信号线俺在一起平行走安线。柏 拌 疤高电平（或大按电流）的开关暗量的输入输出鞍、班 CATV 版、电话线，以芭及其它继电器埃输入输出信号白，这类信号的捌抗干扰能力又盎强于以上两种版，但这些信号按会干扰别的信叭号，因此建议柏用双绞线连接哀，也单独走电把缆管或电缆槽般。背 唉 啊动力线哀 AC 22凹0V 板、熬 380V 败，以及大通断哎能力的断路器敖、开关信号线暗等，这些线的颁电缆选择主要芭不是依抗干扰扳能力，而是由办电流负载和耐伴压等级决定。捌 艾 案以上说明，同挨一类信号可能办放在一条电

9、缆按管或槽中，相跋近种类信号如扒果必须在同一败电缆槽中走线案，则一定要用霸金属隔板将它搬们隔开。扮 蔼 隘还有一种隔瓣离是将信号源氨同计算机在电奥气上进行隔离挨，这样，会大拜大地减小共模挨干扰对计算机坝造成的危害。爸如图皑 3 拔奥 4 板百 10 凹所示。图背 3 艾暗 4 靶澳 10 案表示用隔离放佰大器将信号的版输入端子与计熬算机部分完全柏隔离（有的系搬统中采用隔离皑变压器，或继跋电器等方式隔搬离，对开关量扮则可以采用光暗电器件，或继颁电器进行隔离耙）。这样，由稗于扮 C 唉和扮 D 伴之间地电位不搬同所产生的干把扰信号形不成柏回路，抑制了奥干扰的危害。爸 罢 颁第四种隔离挨是供电系统的

10、斑隔离氨 伴 鞍为了防止供电佰线路上引入共扮模高频干扰信稗号，可以在供拔电线路上设隔啊离变压器进行岸干扰隔离，如矮图瓣 胺3 伴敖 艾4.11 艾所示。背 八 鞍为了达到好的安干扰抑制效果艾，有两点必须案注意：安 半 隘变压器的屏胺蔽层要很好地拜接地；凹 安 班变压器的次按级线圈一定要隘用双绞线。拔 拔（凹 2 凹）屏蔽案 氨 背屏蔽就是用金鞍属导体，把被肮屏蔽的元件，霸组合件，电话扒线，信号线包败围起来。这种稗方法对电容性吧耦合噪声抑制败效果很好。最扳常见的就是用霸屏蔽双绞线连唉接模拟信号。摆 耙 傲以上说的电气巴屏蔽，但在很扒多场合下，信熬号除了受电噪氨声干扰以外，阿主要还受到强办交变磁场

11、的影熬响，如电站，盎冶炼厂重型机败械厂等，那么唉，我们除了要翱考虑电气屏蔽班以外，还要考捌虑磁屏蔽，即捌考虑用铁、镍坝等导磁性能好扮的导体进行屏吧蔽。邦 爸（捌 盎3坝 艾）绞线鞍 拜 板用双绞线代替板两根平行导线罢是抑制磁场干昂扰的有效办法案。原理如图岸 绊3 拔败 板4 耙胺 12 跋所示：败 拜 背图斑 3 拔版 4 澳癌 12 安中，每个小绞百纽环中会通过斑交变的磁通，隘而这些变化磁拔通会在周围的版导体中产生电般动势，它由电啊磁通感应定律翱决定（如图中斑导线中的箭头败所示）。从图隘中可以看出，蔼相邻绞纽环中巴在同一导体上败产生的电动势疤方向相反，相袄互抵消，这对叭电磁干扰起到扮较好的抑

12、制作背用。凹 白（扳 4 挨）雷击保护拌 碍 唉系统受雷击干扒扰有两种方式败：架空电源线奥，信号线可能奥会遭受雷击，办另一种是信号氨电缆附近受到绊雷击，通过分蔼布电容和电感芭耦合到信号线碍，在信号线上埃产生一个很大啊的脉冲干扰，矮有时甚至会烧哀坏设备，影响扳人员安全。针佰对不同的干扰艾原因，可以采颁用下面两种措颁施防雷击：八 霸 邦对于耦合干巴扰，我们可用靶金属电缆管或瓣槽铺设信号线啊，电缆管或金疤属槽有很好的按接地。巴 百 罢对于架空信皑号线，则必须佰在计算机输入矮端子处采取防白雷措施，如装碍避雷器，加压笆敏电阻、较强岸的滤波电路等哎来抑制其干扰凹。唉 把 耙以上我们介绍肮了常见的干扰熬原因

13、和抑制措把施。石油化凹工自动设计手肮册中扒 敖( 挨参见参考文献靶 ) 把对仪表的抗干拜扰措施有较详背细的介绍，读半者可以参考。隘 袄3、接地准备阿 跋（扒l）接地的作拌用摆 芭 奥接地的作用总翱的步说只有两啊种：保护人和案设备不受损害佰；抑制干扰；班抑制干扰接地爸在有的书中又柏叫工作接地，哎而前者又叫保癌护接地。哀 保护接地 班 把保护接地是将癌DCS中平时昂不带电的金属俺部分（机柜外翱壳，操作台外唉壳等)与地之扒间形成良好的跋导电连接，以扒保护设备和人挨身安全。原因盎是DCS的供伴电是强电供电伴（220V或氨11OV），办通常情况下机案壳等是不带电氨的，当故障发耙生（如主机电暗源故障或其它

14、伴故障）造成电拌源的供电火线柏与外壳等导电版金属部件短路板时，这些金属斑部件或外壳就白形成了带电体唉，如果没有很把好的接地，那般么这带电体和傲地之间就有很哀高的电位差，八如果人不小心俺触到这些带电扮体，那么就会澳通过人身形成啊通路，产生危稗险。因此，必碍须将金属外壳坝和地之间作很笆好的连接，使啊机壳和地等电盎位。此外，保暗护接地还可以巴防止静电的积案聚。翱 工作接地 绊 阿工作接地是为岸了使哀DCS以及与奥之相连的仪表疤均能可靠运行爸并保证测量和懊控制精度而设跋的接地。它分拜为机器逻辑地凹、信号回路接稗地、屏蔽接地隘，在石化和其版它防爆系统中霸还有本安接地岸。澳 蔼 岸机器逻辑地瓣，也叫主机电

15、埃源地，是计算氨机内部的逻辑肮电平负端公共邦地，也是暗+5V等电源挨的输出地。叭 癌 信皑号回路接地，拜如各变送器的疤负端接地，开巴关量信号的负昂端接地等。啊 癌 屏昂蔽接地（模人绊信号的屏蔽层邦的接地）。捌 芭 凹本安接地，霸是本安仪表或伴安全栅的接地办。这种接地除耙了抑制干扰外哎，还有使仪表矮和系统具有本搬质安全性质的熬措施之一。本唉安接地会因为搬采用的设备的岸本实措施不同熬而不同，下面班以齐纳式安全傲栅为例，说明碍其接地内容，瓣如图翱3413所拌示：该图是一盎个齐纳式安全艾栅的接地原理颁图。鞍 瓣 盎安全栅的作用案是保护危险现摆场端永远处于柏安全电源和安佰全电压范围之肮内。如果现场半端短

16、路，则由安于负载电阻和摆安全栅电阻皑R的限流作用背，会将导线上罢的电流限制在肮安全范围内，绊使现场端不至般于产生很高的傲温度，引起燃颁烧。第二种情翱况，如果计算霸机一端产生故哎障，则高压电案信号加入了信把号回路，则由昂于齐纳二级的芭嵌位作用，也拌使电压位于安版全范围。埃 澳 把值得提醒的是肮，由于齐纳安笆全栅的引入，斑使得信号回路颁上的电阻增大扒了许多，因此捌，在设计输出埃回路的负载能肮力时，除了要白考虑真正的负笆载要求以外，八还要充分考虑氨安全栅的电阻敖，留有余地。敖 安 艾除了上述几种摆接地外，在很吧多场合下容易矮引起混乱的还瓣有一个供电系搬统地，也叫交绊流电源工作地绊，它是电力系败统中为

17、了运行碍需要设的接地邦(如中性点接办地）。安 敖（案l）接地要求阿和方法：摆 翱 隘上面介绍了六碍种接地：供电肮系统地、保护稗地、逻辑地、扒屏蔽地安全栅案地、信号回路白地。对这六种霸接地，各家有白各家的要求，半虽然大都强调按一点接地，接吧地电阻必须小鞍于胺1欧姆等，但爸具体内容上差碍别很大，下面扮给出几个例子昂介绍常遇到的鞍接地要求和方案法。百 爸供电系统地扒：在很多企业百，特别是电厂跋、冶炼厂等，埃其厂区内有一熬个很大的地线挨网，而通常供笆电系统的地是澳与地线网连在奥一起的。有的败厂家强调计算瓣机系统的所有袄接地必须和供皑电系统地以及邦其它（如避雷吧地）严格分开百，而且之间至搬少应保持拌15

18、m以上的盎距离。为了彻隘底防止供电系蔼统地的影响，百建议供电线线办路用隔离变压佰器隔开。这对颁那些电力负荷挨很重，而且负板荷经常启停的澳单位是应注意邦的。从抑制干跋扰的角度来看芭，将电力系统稗地和计算机系扒统的所有地分叭开是很有好处扳的，因为一般唉电力系统的地拌线是不太干净暗的。但从工程昂角度来看，在靶有些场合下单碍设计算机系统吧地并保证其与扳供电系统地隔败开一定距离是暗很困难的，这版时可以考虑能拔否将计算机系隘统的地和供电翱地共用一个，把这要考虑几个翱因素：袄 埃 八供电系统地肮上是否干扰很半大，如大电流耙设备启停是否班频繁，对地产瓣生的干扰是否把大；柏 傲 般供电系统地巴的接地电阻是氨否足

19、够小，而澳且整个地网各奥个部分的电位胺差是否很小，背即地网的各部翱分之间是否阻癌值很小（班1W）笆 暗 艾搬DCS的抗干爸扰能力以及所扳用到的传输信伴号的抗干扰能疤力，例如有无隘小信号(电偶百，热电阻）的颁直接传输等。皑 坝所有计算机俺接线涉及到的拜接地采用一点靶接地方式，在岸这一点上，也霸有很多争议。艾有的厂家系统袄提出几个地：靶逻辑地、屏蔽办地（又叫模拟拜地）、信号地八、保护地分别哎自己接地在地肮上打接地装置半，而大部分系傲统则指出各种熬地在机柜内部巴自己分别接地白，汇于一点，拔然后用较粗的哀导体（铜）将阿各汇地点朕起绊来，接到一个摆公共的接地体扒上。这里有几芭点需要注意：按 袄 DC叭S

20、本身是由多板台设备组成的拜，除了控制站澳以外，还包括摆很多外设，而般且数据也不止艾一台，这就涉背及到了多台设蔼备，多种接地懊的问题。此外澳，一般的DC巴S的供电是各吧站（控制站，瓣操作站等)用版专门一条线单巴独供电，即彼熬此之间不相互安供电。图3颁414是一捌种常用的多站阿接地图。哀 拜 哀保护接地：半DCS的所有叭设备均有一个唉保护地，该保俺护一般在机柜板和其它设备设熬计加工时就已熬在内部接好，澳有的系统中已熬将该保护地在傲内部同电源进拔线的保护地（矮三芯插头的中半间头)连在一芭起，有的不允蔼许将保护地同挨该线相连，用白户一定要仔细靶阅读厂家提供坝的接地安装说败明书，不管哪肮种方式，CG芭必

21、须将一台设把备（控制站、邦操作员站等）蔼上所有的外设傲或系统的CG坝连在一起，然靶后用较粗的绝拜缘铜导线将各捌站的CG连在昂一起，最后从版一点上与大地懊接地系统相连叭。还有一点值艾得提醒的是，胺DCS的所有碍外设必须从一吧条供电线上供安电，而且一台阿设备（如操作蔼员站位所连接奥的所有外设和袄主机系统（C埃RT、打印机碍、拷贝机主机百系统）的电源安必须从设备的疤供电分配器上背取电，而不允袄许从其它地方败取电，否则可办能会烧坏接口版甚至设备，对鞍于不得不用长跋线连接的场合皑，或用较粗导拜线提供供电，俺或采取通信隔摆离措施。唉 懊 傲各站的办CG在连接时耙可以采用幅射邦连接法，也可安以采用串行接吧法

22、。电源逻辑癌地（P）如图拌 341拌4所示。首先疤，各站内的逻胺辑地必须位于按一点PG，然昂后，粗绝缘导皑线以辐射状接伴到一点上，然肮后接到大地接肮地线上。在有巴些系统中，所柏有的输入，输艾出均是隔离的癌，这样其内部搬逻辑地就是一把个独立的单元袄，与其它部分翱没有电器连接蔼，这种系统中瓣往往不需要P懊G接地，而是隘保持内部浮空跋。所以，用户搬在设计和施工拌接地系统时，傲一定要仔细阅耙读产品的技术案要求和接地要霸求。啊 败 懊模拟地（碍AG），模拟懊地（又叫屏蔽白地）是所有的奥接地中要求最罢高的一种。几拜乎所有的系统袄都提出AG一拌点接地，而且懊接地电阻小于盎IQ。岸 白DCS设计和岸制造中，在

23、机坝柜内部都安置碍了AG汇流排昂或其它设施。氨用户在接线时摆将屏蔽线分别柏接到AG汇流芭排上，在机柜笆底部，用绝缘暗的铜辫连到一敖点，然后将各绊机柜的汇流点傲再用绝缘的铜暗辫或铜条以辐绊射状连到接地邦点。大多数的盎DCS要求，澳不仅各机柜A绊G对地电阻袄I欧姆，而且疤各机柜之间的矮电阻也要1疤欧姆。摆 懊 啊信号地的处霸理：原则上不矮允许各变送器板和其它的传感板器在现场端接伴地，而都应将巴其负端在计算癌机端子处一点氨接地。但在有俺些场合，现场伴端必须接地，八这时，必须注白意原信号的输岸入端子（上双拜端）绝对不许半和计算机的接叭地线有任何电案气连接，而计肮算机在处理这暗类信号时，必邦须在前端采用

24、罢有效的隔离措半施。拌 俺 爸安全栅的接坝地：我们回过按头来再看图稗34.13疤所示的安全栅绊线路图。从图摆中可以看出有挨三个接地点：耙B，E，D，背通常B和E两佰点都在计算机霸这一侧。可以柏连在一起，形胺成一点接地。安而D点是变送暗器外壳在现场拜的接地，若现扮场和控制室两捌接地点间有电阿位差存在，那搬么，八 颁D点和E点的挨电位就不同了百。假设我们以斑E作为参考点隘，假定是D点敖出现10V的摆电势，此时，安A点和E点的颁电位仍为24唉V，那么A和搬D间就可能有爸34V的电位扮差了，己超过靶安全极限电位霸差，但齐纳管斑不会被击穿，罢因为A和E间芭的电位差没变蔼，因而起不到扳保护作用。这靶时如果不小心隘现场的信号线般碰到外壳上，