摘 要：結(jié)合集散控制系統(tǒng)(DCS)的技術(shù)特點(diǎn)和要求，對(duì)控制系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的各種信號(hào)的接地問題及電源配置連接問題進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

　　關(guān)鍵詞：DCS系統(tǒng),系統(tǒng)接地,系統(tǒng)電源安裝

　　引言

　　DCS系統(tǒng)由工程師站、操作員站、系統(tǒng)服務(wù)器、現(xiàn)場(chǎng)控制站、高級(jí)計(jì)算機(jī)站、管理網(wǎng)網(wǎng)管、通信控制站及網(wǎng)絡(luò)等做成，用以實(shí)現(xiàn)大、中型分布式控制及大型數(shù)據(jù)采集監(jiān)控功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。每一現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)的各I/O單元和主控單元通過控制網(wǎng)絡(luò)連接起來進(jìn)行通信，各現(xiàn)場(chǎng)控制站、服務(wù)器、操作員站和工程師站等通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控我羅連接起來，構(gòu)成整個(gè)控制系統(tǒng)，合理準(zhǔn)確的接地和電源供給是保證DCS系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊暢通的重要前提，錯(cuò)誤的不僅會(huì)引入干擾，嚴(yán)重時(shí)有可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)無法正常工作，因此本文將討論電源的合理安裝及其相關(guān)的接地問題，在總結(jié)多年來DCS系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以杭州和利時(shí)公司的MACS集散控制系統(tǒng)為例，對(duì)控制系統(tǒng)相關(guān)的電源安裝和接地方法進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

　　一 系統(tǒng)接地

　　1 DCS系統(tǒng)接地要求

　　當(dāng)進(jìn)入DCS系統(tǒng)的信號(hào)、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)可以迅速將過載電流導(dǎo)入大地，避免對(duì)人員的觸電傷害和設(shè)備的損壞。接地系統(tǒng)還能夠?yàn)镮/O信號(hào)提供屏蔽，消除電子噪聲干擾，防止設(shè)備外殼帶電或者靜電積累，避免造成人員的觸電傷害及設(shè)備損壞。

　　在一般情況下，DCS控制系統(tǒng)需要三種接地：邏輯地、保護(hù)地和屏蔽地。

　　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。MACS系統(tǒng)所有的操作員機(jī)柜、現(xiàn)場(chǎng)控制站機(jī)柜、端子柜等均應(yīng)接保護(hù)地。

　　邏輯地 即系統(tǒng)電源地，是為了DCS電子系統(tǒng)提供可靠性和準(zhǔn)確性的參考點(diǎn)。

　　屏蔽地(AG，Analog Grounding)它可以把信號(hào)傳輸時(shí)所受到的電磁干擾屏蔽掉，以提高信號(hào)的質(zhì)量。進(jìn)入DCS系統(tǒng)中I/O信號(hào)應(yīng)做屏蔽接地。

　　DCS系統(tǒng)，一般把邏輯地和屏蔽地接在一起。

　　對(duì)于裝有安全柵防爆措施的系統(tǒng)如化工行業(yè)所用系統(tǒng)，還要求有本安地。本安地的接地系統(tǒng)應(yīng)白癡獨(dú)立，與廠區(qū)電氣地網(wǎng)或其他儀表系統(tǒng)接地網(wǎng)的距離應(yīng)在5m以上

　　接地電阻必須用專用的測(cè)量儀表進(jìn)行測(cè)量，接地電阻的測(cè)試方法是

　　用手搖式接地電阻測(cè)量儀，此方法必須離線測(cè)量。測(cè)量時(shí)系統(tǒng)需斷電，將系統(tǒng)地線從機(jī)柜上拆下，接至儀器的測(cè)量端。另外還需打兩個(gè)測(cè)量用的接地樁，與系統(tǒng)接地體間隔30米一字排開。接地樁用導(dǎo)線連至測(cè)量儀。

　　使用潛行接地表。此方法可在線進(jìn)行，但系統(tǒng)與地必須構(gòu)成回路?(不是在系統(tǒng)地的接地體上短路)。必要時(shí)可埋設(shè)一測(cè)量用的地樁，接至機(jī)柜的接地端，用后拆除。使用此方法注意不要在信號(hào)線和網(wǎng)線上測(cè)量，以免發(fā)生干擾。

　　如要求不嚴(yán)格，一般檢測(cè)一下，假設(shè)接地體處(地樁)的接地電阻為零，可從接地體處(地樁)引線接至DCS機(jī)柜，而引線的電阻可直接測(cè)出，測(cè)出的電阻減去引線電阻作為接地電阻。

　　2 接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)要規(guī)定

　　下面簡(jiǎn)要介紹的儀表接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)接地方法、接地網(wǎng)干線和接地連線的規(guī)定。

　　2.1接地體安裝

　　單獨(dú)接地體安裝，如圖2.1-1，圖中：

　　接地總干線 DCS系統(tǒng)通過公用連接板將各接地分干線匯總，并由公共連接板引出接地總干線，連接至接地體。公用連接板應(yīng)采用銅板制作，并應(yīng)設(shè)置在接地連接箱內(nèi)，與箱體絕緣。

　　接地體為釘入地下的良導(dǎo)體，由接地總干線傳來的電流通過接地體導(dǎo)入大地。接地體與接地總干線之間采用銅焊，焊接后應(yīng)做防腐處理。

　　本安地必須獨(dú)立設(shè)置接地體。

　　可利用接地網(wǎng)干線把多個(gè)接地體連接成網(wǎng)。

　　當(dāng)接地網(wǎng)干線與接地體采用搭接焊時(shí)，其搭接長度必須為扁鋼寬度的2倍或圓鋼直徑的6倍。如圖2.2-2為典型的多接地體安裝圖。

　　2.2 接地體與接地網(wǎng)干線的材料要求

　　接地體和接地網(wǎng)干線所用鋼材規(guī)格可按表2.2-1選用，若接地電阻滿足不了要求時(shí)，也可選用銅材。如果接地體和接地網(wǎng)干線安裝在腐蝕性較強(qiáng)的場(chǎng)所，應(yīng)根據(jù)腐蝕的性質(zhì)采取熱鍍鋅、熱鍍錫等防腐措施或適當(dāng)加大截面。

　　2.3 接地連線要求

　　MACS系統(tǒng)的保護(hù)地和屏蔽地連線應(yīng)使用銅芯絕緣電線或電纜連接到廠區(qū)電氣專用接地網(wǎng)或接地體上。接地分干線宜選用絕緣銅芯線，截面不小于6mm²，接地總干線宜選用多股絕緣銅芯線，截面不小于16mm²。

　　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，接地線與公用接地板之間的連線，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。為保證多股膠合線與螺紋端接觸良好，宜設(shè)置銅制鏟形接線片。

　　3.1操作臺(tái)的接地方法

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

　　給操作臺(tái)鋪設(shè)的接地線，一端從地線的公共連接板來，一端連接到操作臺(tái)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，電聯(lián)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

　　3.2.1總體接地原則

　　把整個(gè)系統(tǒng)盡量區(qū)分為“保護(hù)地”、“屏蔽地”，做到不混用。

　　兩種接地最終處匯入一點(diǎn)接地。

　　接地線連好之后，從I/O控制柜的接地螺釘處和屏蔽地匯流條處測(cè)量的接地電阻應(yīng)小于4Ω。

　　3.2.2柜內(nèi)接地的連接

　　1)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(φ6以上)串聯(lián)在一起，最后介入公共連連接板。

　　接地電阻應(yīng)小于4歐姆。

　　2)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(φ6以上)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。

　　4DCS接地系統(tǒng)

　　按上述要求最終形成的MACS接地系統(tǒng)如圖4.1所示。

　　二 電源配置及連接

　　1電源要求

　　DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、記錄并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，要求系統(tǒng)的電源必須保證連續(xù)不間斷地供電。

　　系統(tǒng)對(duì)電源的基本要求如下：

　　電壓：?jiǎn)蜗?20VAC+10%～220VAC-15%

　　頻率：50HZ±2HZ

　　潑形失真率：小于3%

　　2DCS系統(tǒng)交流電源輸入

　　DCS系統(tǒng)一般配備有電源配電柜，現(xiàn)場(chǎng)提供的兩路電源進(jìn)入配電柜，一路由UPS來，另一路由廠區(qū)保安段來，經(jīng)過分配后，分別供給操作員和I/O控制站等。

　　對(duì)于操作員站，電源配電柜通過專用的電源冗余切換裝置為它供電。

　　對(duì)于服務(wù)器，由于它在系統(tǒng)運(yùn)行中的重要地位，所以互為冗余運(yùn)行的兩臺(tái)服務(wù)器分別由UPS和廠用電供電。

　　對(duì)于I/O控制柜，需要將UPS電源和廠用電分別送給互為冗余的兩個(gè)電源模塊，經(jīng)過冗余電源輸出的24VDC/48VDC供給主控單元或者I/O模塊使用，繼電器柜和ETS柜等可能使用朝陽電源為繼電器供電，其他電原理與I/O控制柜相同。

　　如果現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)沒有配備電源配電柜或者現(xiàn)場(chǎng)不能提供雙路電源，那么為了保證DCS系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)至少提供一路UPS電源。

　　最理想的DCS系統(tǒng)供電方式為：廠用一段來220VAC或380VAC經(jīng)過DCS系統(tǒng)專用的UPS后送入電源配電柜，廠用二段單獨(dú)引來的220VAC送入電源配電柜。經(jīng)過電源配電柜的切換裝置輸出的電源應(yīng)以UPS電源為主，因?yàn)榻?jīng)過逆變后220VAC電源質(zhì)量較好，有利于操作站等的穩(wěn)定運(yùn)行。

　　3 DCS系統(tǒng)供電

　　3.1操作員站(工程師站)、服務(wù)器的供電

　　DCS系統(tǒng)專用操作臺(tái)出廠時(shí)一般都配備了電源接地板和空氣開關(guān)，由電源配電柜引過來的220VAC電源的直接接入空氣開關(guān)入口即可。電源接線板的地線以及公共連接板來的地線都應(yīng)當(dāng)連接到操作臺(tái)柜體的螺釘上，如隔板的固定螺釘。

　　采用主機(jī)柜安裝，每臺(tái)主機(jī)應(yīng)當(dāng)由電源配電柜單獨(dú)提供一路電源供電，電源一般通過連接線端子轉(zhuǎn)接。電源接線板的地線以及公共連接板來的地線都應(yīng)當(dāng)連接到操作臺(tái)柜體的螺釘上，如隔板的固定螺釘。

　　DCS系統(tǒng)的服務(wù)器一般暗轉(zhuǎn)在服務(wù)器柜內(nèi)，兩臺(tái)互為冗余的服務(wù)器分別由UPS電源和廠用電電源來供電，電源一般通過連接線端子轉(zhuǎn)接。電源接線板的地線以及公共連接板來的地線都應(yīng)當(dāng)連接到操作臺(tái)柜體的螺釘上，如隔板的固定螺釘。

　　3.2I/O控制機(jī)柜的供電

　　現(xiàn)場(chǎng)控制機(jī)柜(I/O控制站，繼電器柜。ETS柜等)需要兩路電源：UPS電源和廠用保安段電源。

　　對(duì)于I/O控制站，兩路電源分別接到機(jī)柜背面左上方的兩個(gè)空開入口即可，每個(gè)空開的兩路進(jìn)線分別對(duì)應(yīng)左(N)，右(L)。與電源同時(shí)送來的交流電源保護(hù)地，應(yīng)連接在機(jī)柜的保護(hù)地螺釘上。

　　220VAC電源經(jīng)過空開后，接至主控機(jī)籠底板上的220VAC電源進(jìn)線端子上，如圖3.2-1所示，圖中，L為火線，N為零線，E為保護(hù)地線。

　　220VAC電源接入主控機(jī)籠后，通過機(jī)籠底板為開關(guān)電源模塊供電，其中第一路220VAC電源為1N、3N、5N電源模塊供電，第二路220VAC電源為2N、4N、6N電源模塊供電，如圖3.2-2所示

　　參考文獻(xiàn)

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