呂書山

摘 要：在DCS系統(tǒng)的應(yīng)用中電磁干擾是危害其安全性、可靠性的重要因素。電磁干擾是DCS裝置出現(xiàn)瞬時(shí)故障的主要原因。電磁兼容性在這些設(shè)備的安裝過程中是考慮的一個(gè)重要原則，它的核心是抑制電磁干擾。電磁干擾的抑制要從干擾源、傳播途徑、接收器3個(gè)方面著手，切斷干擾耦合的途徑，干擾的影響也將被消除。常用的方法有降低或消除公共阻抗、屏蔽、隔離等。本文從安裝調(diào)試的角度，概括性的介紹了DCS系統(tǒng)接地和屏蔽層的接地方法，并指出了其設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過程中應(yīng)注意的問題和解決方法。

關(guān)鍵詞：電磁干擾 接地 DCS 屏蔽層接地處理

中圖分類號(hào)：TK32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）09（c）-0045-03

DCS（Distributed Control System）即分布控制系統(tǒng)，又稱集散控制系統(tǒng)。自20世紀(jì)80年代中期進(jìn)入我國以來，其先進(jìn)性、可靠性與實(shí)用性在工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，已成電力行業(yè)的一種常規(guī)工業(yè)設(shè)計(jì)。在電力線附近由于磁場的變化會(huì)引起電磁感應(yīng)，當(dāng)信號(hào)線靠近電力線時(shí)就會(huì)在由于電磁感應(yīng)在信號(hào)回路產(chǎn)生干擾，這種干擾會(huì)影響測量顯示不準(zhǔn)。如果電力線（大電流）離操作臺(tái)較近時(shí)，則會(huì)引起CRT畫面的晃動(dòng)、變形、變色等；與高壓線的分布電容會(huì)誘發(fā)靜電感應(yīng)，在已絕緣的器具或人體上產(chǎn)生電荷，這些電荷瞬間放電會(huì)產(chǎn)生靜電干擾，這種干擾輕則引起裝置的誤動(dòng)作，重則燒壞電路器件。此外，控制柜（臺(tái)）各個(gè)邏輯地之間出現(xiàn)不等電位會(huì)對DPU產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成控制紊亂，還可能沖擊RAM中的程序。工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)涉及的信號(hào)類型繁多，現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣，為了保證DCS能夠可靠運(yùn)行，保證人身與設(shè)備安全，則需要一個(gè)嚴(yán)格、可靠的接地。質(zhì)檢中心站的專家在質(zhì)量檢查DCS時(shí)也將接地情況作為重點(diǎn)檢查對象，而其接地問題始終未引起人們足夠的認(rèn)識(shí)，鄭州新力三期2×200MW機(jī)組DEH轉(zhuǎn)速表在低轉(zhuǎn)速出現(xiàn)跳變，鄭州泰祥電廠2×135MW機(jī)組#1機(jī)組ETS誤動(dòng)，都與現(xiàn)場信號(hào)屏蔽線的處理不當(dāng)有關(guān)。

1 電磁干擾控制的主要方法

在DCS的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試工作中采取以下方法來控制電磁干擾的產(chǎn)生。

（1）弱電線號(hào)（變送器、測溫元件等）電纜應(yīng)避免和強(qiáng)電導(dǎo)線相互平行鋪設(shè)，更不能捆扎在同一束電纜中，或兩種信號(hào)使用同一根電纜。

（2）同一信號(hào)回路的兩根線必須在同一根電纜中。弱電信號(hào)回路的公共線應(yīng)與同一個(gè)測量回路的另一根線，不得借用大地作為信號(hào)傳送導(dǎo)線（如圖1所示）。

（3）弱電信號(hào)回路不應(yīng)與強(qiáng)電系統(tǒng)共用接地線（在信號(hào)源側(cè)接地時(shí)尤為重要）。

（4）弱電信號(hào)測量可利用對芯絞線抑制電磁干擾的影響。

（5）信號(hào)電纜必須敷設(shè)在金屬槽盒內(nèi)，對于溫度補(bǔ)償導(dǎo)線，應(yīng)敷設(shè)在獨(dú)立的槽盒內(nèi)。

（6）屏蔽電纜的屏蔽層應(yīng)采用“一點(diǎn)接地”的原則，不能采用裸屏蔽，以防止屏蔽層與其他金屬導(dǎo)體或結(jié)構(gòu)接觸時(shí)形成通路，造成地電流或地電壓的干擾。

2 接地的概念

接地就是要與地同電位。因?yàn)楦唠妷捍箅娏鲗θ松戆踩型{，當(dāng)設(shè)備和導(dǎo)線絕緣時(shí)可能導(dǎo)致機(jī)殼帶電，接地能使機(jī)殼電位接近于零電位或啟動(dòng)保護(hù)裝置切斷電源，保證人身和設(shè)備的安全，這就是所謂的保護(hù)接地。DCS裝置內(nèi)各部分都是由電子電路組成的，它們各自的直流工作電位不同，因此必須有一個(gè)統(tǒng)一的參考零電位，一般情況下這個(gè)零電位是通過接地獲得的，這就是所謂的直流地（又稱邏輯地或信號(hào)地）。對DCS裝置來說，“地”指的是基準(zhǔn)電位點(diǎn)，接地就是使與基準(zhǔn)電位點(diǎn)的各點(diǎn)連接。一方面是輸入、輸出信號(hào)有公共零電位，使得各級(jí)電信號(hào)之間有一個(gè)基準(zhǔn)電位做參考；另一方面也是屏蔽層接至基準(zhǔn)零電位以抑制電磁干擾的需要。

地電位十分復(fù)雜，大地本身各點(diǎn)電位經(jīng)常是不同的，為了盡量減少干擾的影響，一方面減少地線的阻抗，使裝置各個(gè)部分接地間的電位差接近于零；另一方面采取“一點(diǎn)接地”的原則，即整個(gè)系統(tǒng)的接地最終接到一個(gè)接地點(diǎn)上，每個(gè)信號(hào)回路的屏蔽層接地只允許一個(gè)接地點(diǎn)。

3 DCS裝置接地

DCS裝置接地包括機(jī)柜（臺(tái)）接地處理和屏蔽層接地處理。

DCS機(jī)柜（臺(tái)）都備有接地棒，機(jī)柜（臺(tái)）的接地棒有兩個(gè)：一個(gè)是機(jī)箱絕緣的稱邏輯地（PG）；另一個(gè)是與箱體連通的稱為（CG），一般狀況PG與CG在機(jī)柜（臺(tái)）是連通的。

原則上，各個(gè)機(jī)柜和控制臺(tái)的接地應(yīng)分別連接，但對于安裝在同一個(gè)室內(nèi)的機(jī)柜（臺(tái)）可以確定一處作為接地線的引入點(diǎn)，從該點(diǎn)與各機(jī)柜和控制臺(tái)相連。對于不設(shè)接地母線引入點(diǎn)的場合，可將接地母線引入中央位置的機(jī)柜內(nèi)，然后其他各機(jī)柜和控制臺(tái)再與該機(jī)柜的接地連接。接地線均采用W型單芯電纜，不可用裸芯線代替。

作為原則，應(yīng)如圖2所示，機(jī)柜和控制臺(tái)分別接地。

在有接地母線引入點(diǎn)的場合，可采用圖3所示的方法接地。這時(shí)，機(jī)柜（臺(tái)）與引入點(diǎn)之間用10mm2的接地線，接地母線用70mm2接地線。接地母線“引入點(diǎn)”采用δ=10mm的銅板制作，銅板固定在膠木板上，與橋架或機(jī)殼等絕緣。

如果沒有接地母線引入點(diǎn)，則必須將接地母線引入某個(gè)機(jī)柜內(nèi)，按照圖4的方法接地。中央機(jī)柜（臺(tái)）與其他機(jī)柜（臺(tái)）之間使用10mm2的接地線，接地母線用70mm2接地線。

本系統(tǒng)的控制柜（臺(tái)）盡量避免與系統(tǒng)外的儀表盤柜或控制柜聯(lián)接，如果需要聯(lián)接時(shí)則采用圖5所示的方法，先將其盤柜與地面絕緣后再聯(lián)接。

4 電纜屏蔽層的處理

現(xiàn)場設(shè)備與DCS機(jī)柜連接的所有電纜的屏蔽層，原則上應(yīng)在機(jī)柜側(cè)接地，就地一側(cè)浮空。如果信號(hào)源（特殊的測溫元件或變送器等）是屬于接地型的，可考慮在就地側(cè)接地，機(jī)柜側(cè)浮空。浮空的一側(cè)其屏蔽層剪去做進(jìn)包頭內(nèi)，不允許與其他設(shè)備或外殼相碰。

機(jī)柜（臺(tái)）側(cè)的每根電纜屏蔽層都應(yīng)取出（信號(hào)源接地的屏蔽電纜除外），用塑料單芯軟線與之焊接連接，接至接地銅棒上，如圖6所示。電纜屏蔽層（一般為銅網(wǎng)）引出點(diǎn)應(yīng)保持絕緣或在電纜作頭時(shí)將屏蔽引出焊接點(diǎn)一并包扎在內(nèi)。接地軟線應(yīng)整齊排列、美觀，最好放置在隱蔽處。對要求屏蔽線接到信號(hào)端子板上的屏蔽電纜，其屏蔽層不可接至接地銅棒上，但接地端子與銅棒是相通的。endprint

當(dāng)信號(hào)源接地時(shí)，電纜屏蔽層接地點(diǎn)應(yīng)放在現(xiàn)場信號(hào)源附近（此時(shí)機(jī)柜側(cè)應(yīng)浮空），屏蔽線不能直接接到信號(hào)源的外殼上，應(yīng)與信號(hào)源外殼或接地端子可靠連接后，用導(dǎo)線接至整個(gè)接地金屬上。

同一個(gè)測量回路的電纜屏蔽層應(yīng)有電氣連續(xù)性，有中間端子箱的地方，屏蔽處理可按照圖7所示，屏蔽層的連接處應(yīng)與箱體保持絕緣，即用塑料帶或絕緣膠帶包扎好。

DCS柜臺(tái)與柜臺(tái)之間的屏蔽處理原則上是DPU柜側(cè)接地，另一側(cè)浮空，不允許同一根電纜屏蔽層兩側(cè)都接地。

5 最終接地點(diǎn)的選擇

DCS所有機(jī)柜（臺(tái)）的接地最終是通過接地母線接至廠房的主接地網(wǎng)上。主接地往分兩種情況：一種是電氣設(shè)備接地網(wǎng)；另一種是計(jì)算機(jī)專業(yè)接地網(wǎng)。DCS廠家要求各不相同，有的廠家要求接在電氣接地網(wǎng)上，有的要求接在計(jì)算機(jī)專業(yè)接地網(wǎng)上。

電氣接地網(wǎng)主要是為適應(yīng)電氣設(shè)備接地要求而安裝的接地系統(tǒng)。電氣接地網(wǎng)包括室內(nèi)網(wǎng)和室外網(wǎng)。室外網(wǎng)是在廠房外圍繞各建筑物埋設(shè)（-0.8m），在土建進(jìn)行廠房基礎(chǔ)澆筑配合施工；室外網(wǎng)是在廠房內(nèi)各主要設(shè)備安裝前施工（0m），室內(nèi)網(wǎng)與室外網(wǎng)焊接連接，接地線連接至電氣網(wǎng)的，接地母線與接地網(wǎng)的連接可選在廠房0m或電纜隧道的豎井口下，與接地極較近的接地扁鐵上。接地母線用銅鼻子壓接，接地扁鐵應(yīng)打磨，采用鍍鋅螺栓連接牢固。

電氣接地線可能存在當(dāng)電氣設(shè)備啟停是，強(qiáng)大的地電流可能造成地電位的差異，引起地電位對DCS系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。為了消除干擾，可采用計(jì)算機(jī)專用接地網(wǎng)，這種接地網(wǎng)連接，一方面與電氣網(wǎng)獨(dú)立埋設(shè)，可避免地電流的影響；另一方面采用接地網(wǎng)土壤的特殊處理，可降低接地電阻阻值。

專用接地網(wǎng)的埋設(shè)要求如下。

（1）接地網(wǎng)深埋2m，要求用粘土或黃土拌金屬礦渣粉回填、夯實(shí)。

（2）接地網(wǎng)與其他接地部分之間大于5m，周圍10m之內(nèi)不得有避雷接地系統(tǒng)。

（3）接地母線與獨(dú)立接地網(wǎng)之間的電纜用穿管形式，整個(gè)接地網(wǎng)的交叉處應(yīng)可靠焊接。

無論何種接地網(wǎng)，其接地電阻都應(yīng)盡可能小，接地完畢后應(yīng)用專用測量儀表進(jìn)行測量，其接地電阻（包括接地母線電阻）一般不大于1Ω。

6 結(jié)語

總之，DCS接地直接影響這DCS運(yùn)行的可靠性與精確性，必須得到充分重視。根據(jù)對DCS系統(tǒng)常見問題的分析及其相應(yīng)抑制措施的分析，可以看到，為了增強(qiáng)系統(tǒng)抵抗電磁干擾的影響能力，就需要采取相應(yīng)的抑制措施。這些措施必須要有針對性，以可靠保障屏蔽或防止干擾型號(hào)的竄入，從而保證整個(gè)控制系統(tǒng)能可靠、穩(wěn)定正常運(yùn)行。

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