陶文珍，周錫政，馮雄裕

DCS接地問(wèn)題是在設(shè)計(jì)中跟業(yè)主用戶(hù)、各系統(tǒng)集成商、DCS廠(chǎng)商討論得最多的問(wèn)題。很多制漿造紙廠(chǎng)位于雷電多發(fā)區(qū)，根據(jù)以往運(yùn)行時(shí)出的事故經(jīng)驗(yàn)，業(yè)主一般都能認(rèn)識(shí)并且重視到接地的重要性。我院設(shè)計(jì)的紙漿廠(chǎng)很多都位于雷電頻發(fā)的山區(qū)，接地系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題可能有多種原因，最常見(jiàn)的如接地電阻過(guò)大，或者接地線(xiàn)出現(xiàn)斷線(xiàn)，或者接地線(xiàn)接觸了電氣方面的高電壓、大電流設(shè)備等。一旦發(fā)生接地系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，往往會(huì)造成人員觸電以及設(shè)備損壞，或者導(dǎo)致DCS系統(tǒng)經(jīng)常死機(jī)。各DCS廠(chǎng)家為了保證自己系統(tǒng)能夠不出事故，不受損失，向業(yè)主提出了各種各樣的系統(tǒng)接地要求。而這些接地要求有的很苛刻，有的相對(duì)寬松一些。很多業(yè)主對(duì)此很疑惑，不知道該統(tǒng)一用哪家的推薦方案，進(jìn)而求助設(shè)計(jì)院。查看了大量關(guān)于系統(tǒng)接地方面的資料發(fā)現(xiàn)各種設(shè)計(jì)手冊(cè)及規(guī)范中，接地的方法及解釋也不統(tǒng)一。

因此，為了讓業(yè)主和現(xiàn)場(chǎng)施工服務(wù)人員對(duì)DCS接地問(wèn)題有一個(gè)較深刻全面的了解，介紹和總結(jié)了工程中遇到的接地方法，并分析它們的利弊，供大家參考。

1 控制系統(tǒng)接地的必要性

控制系統(tǒng)接地有兩大目的：一是，保護(hù)工程人員的生命安全以及設(shè)備財(cái)產(chǎn)不受損失；二是，保障設(shè)備的正常運(yùn)行。前者稱(chēng)為保護(hù)接地，通常做法是將電器外殼與大地相連；后者為工作接地，是把信號(hào)（非控制信號(hào)，包括電磁，電源雜波等信號(hào)）與電子元件的地端（包括直流電源地線(xiàn)）相連接[1]。

制漿造紙廠(chǎng)經(jīng)常出現(xiàn)信號(hào)問(wèn)題，供電電源問(wèn)題，控制系統(tǒng)設(shè)備問(wèn)題，如果DCS接地沒(méi)有做好，形成的過(guò)載電流將不能有效地導(dǎo)入到大地，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)及設(shè)備的損壞。而有效的接地系統(tǒng)能夠?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)提供參考零電位，形成屏蔽，消除各種電流沖擊干擾，從而很好地保護(hù)設(shè)備及系統(tǒng)不被損壞。

控制系統(tǒng)有了安全的接地系統(tǒng)，能夠有效地避免：（1）電阻，電容電感耦合引入的干擾；（2）供電線(xiàn)路引入的干擾；（3）強(qiáng)電以及雷擊引入的干擾。

2 DCS接地分類(lèi)

DCS接地主要可分為保護(hù)接地和工作接地（邏輯接地、屏蔽接地等），有些易燃易爆等特殊場(chǎng)合還會(huì)涉及本安接地。

（1）保護(hù)接地

保護(hù)接地也稱(chēng)為安全接地，為了防止控制系統(tǒng)的機(jī)柜、操作臺(tái)、儀表柜、配電柜、繼電器柜等用電設(shè)備外殼的靜電荷積累及避免造人身傷害，DCS所有的機(jī)柜均應(yīng)接保護(hù)地。保護(hù)接地的原理是：DCS的供電是220 VAC，在正常情況下金屬部分（機(jī)柜外殼，操作臺(tái)外殼等）是不帶電的，但由于各種原因（如絕緣破壞，主機(jī)電源故障或其它故障等），將有可能造成供電電源與外殼形成短路，導(dǎo)致這些金屬外殼帶有危險(xiǎn)電壓，保護(hù)接地將外殼所帶的電導(dǎo)入大地，能夠保護(hù)設(shè)備和人身安全。如果沒(méi)有接地或者接地系統(tǒng)不可靠，帶電體和大地之間就有很高的電位差，如果人不小心觸到這些帶電體，就會(huì)產(chǎn)生觸電的危險(xiǎn)。因此，保護(hù)接地將設(shè)備的金屬外殼和大地連接在一起，使得設(shè)備外殼和大地形成等電位，從而保障了安全。

（2）工作接地

車(chē)間的DCS及儀表能夠正?？煽康倪\(yùn)行而不受干擾，并且能保證測(cè)量及控制的精度，靠的就是儀表及控制系統(tǒng)的工作接地。工作接地分為邏輯接地和屏蔽接地兩種，在制漿造紙廠(chǎng)的一些特殊易燃易爆工段（如二氧化氯制備工段）中還需要本安接地。

邏輯接地也叫電源接地，指邏輯電平負(fù)端公共接地，也是+5 V等電源的輸出接地，目的是保持電源電壓值的精度和統(tǒng)一。電子設(shè)備中各級(jí)電路電流的傳輸、信息轉(zhuǎn)換要求有邏輯接地（如CPU的電路的±5 V、±12 V的負(fù)端，需要接入公共接地極），邏輯接地還可防止外界電磁場(chǎng)信號(hào)的侵入。

屏蔽接地是為了防止電磁干擾，在屏蔽體與地或干擾源的金屬殼體之間所做的永久良好的電氣連接稱(chēng)為屏蔽接地。它的作用是屏蔽掉儀表及DCS信號(hào)傳輸時(shí)所受到的干擾，從而提高信號(hào)的精度。DCS中信號(hào)電纜的屏蔽層應(yīng)做屏蔽接地，在工程應(yīng)用中一定要單端接地，不要兩端接地，否則會(huì)因?yàn)閮蓚€(gè)地因不共地而產(chǎn)生噪聲電壓，在屏蔽層中產(chǎn)生噪聲電流，這樣不僅不會(huì)屏蔽干擾反而成為干擾源了。

本安系統(tǒng)的接地，主要指安全柵的接地。本安系統(tǒng)接地電阻必須小于1 Ω，大多場(chǎng)合需要設(shè)置專(zhuān)門(mén)的接地裝置，且與電氣接地系統(tǒng)及其他儀表接地系統(tǒng)保持5 m以上的距離[2]。

3 DCS接地方式

3.1 DCS接地的形式

3.1.1 單點(diǎn)接地

單點(diǎn)接地就是將系統(tǒng)或者儀表等電子設(shè)備（低工作頻率）的接地都接到一個(gè)點(diǎn)上，這些設(shè)備可以串聯(lián)，也可以并聯(lián)，最終通過(guò)這個(gè)點(diǎn)的接地極，將所有設(shè)備接地。單點(diǎn)接地的優(yōu)點(diǎn)是有效地防止了多點(diǎn)接地帶來(lái)的電路干擾及耦合。

單點(diǎn)接地串聯(lián)和并聯(lián)接地如圖1所示。

圖1 串聯(lián)式單點(diǎn)接地和并聯(lián)式單點(diǎn)接地

串聯(lián)單點(diǎn)接地因部分設(shè)備或電路間存在公用的接地線(xiàn)，其信號(hào)可能會(huì)互相影響；并聯(lián)的單點(diǎn)接地式可以避免這一缺陷，但是接地線(xiàn)數(shù)量多，布線(xiàn)復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中，視具體情況而定。單點(diǎn)接地的信號(hào)地線(xiàn)必須與功率地線(xiàn)和機(jī)殼地線(xiàn)是絕緣的，它們的連接應(yīng)該是在接往大地的接地螺栓上，否則工頻和其它電流在信號(hào)地線(xiàn)上容易產(chǎn)生干擾。

3.1.2 多點(diǎn)接地

多點(diǎn)接地的做法是用一塊接地銅條代替電路中每部分各自的接地回路，所有電路的地線(xiàn)就近接地，地線(xiàn)很短，適用于工作頻率高（>30 MHz）的系統(tǒng)或者儀表電子設(shè)備，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)地環(huán)路的問(wèn)題。為了解決地環(huán)路干擾，多點(diǎn)接地盡量找最接近的低阻值接地面接地。多點(diǎn)接地如圖2所示。

圖2 多點(diǎn)接地

3.1.3 混合接地

工作頻率介于1～30 MHz的電路采用混合接地式?；旌辖拥厝鐖D3所示。

圖3 混合接地

3.2 DCS接地要求及方式

3.2.1 通用接地要求

當(dāng)廠(chǎng)區(qū)電氣專(zhuān)業(yè)接地網(wǎng)接地電阻小于1 Ω時(shí)，則可接廠(chǎng)區(qū)電氣專(zhuān)業(yè)接地網(wǎng)。當(dāng)廠(chǎng)區(qū)電氣專(zhuān)業(yè)接地網(wǎng)接地電阻較大時(shí)，應(yīng)獨(dú)立設(shè)置自控儀表接地系統(tǒng)，接地電阻小于4 Ω，且需確認(rèn)公共接地網(wǎng)沒(méi)有本安地接入。如果有本安地接入，則接地電阻需小于1 Ω.接地體與接地總干線(xiàn)之間需要防腐銅焊，且總干線(xiàn)應(yīng)滿(mǎn)足電阻小于0.1 Ω.接地極周?chē)粦?yīng)有避雷地及30 kW以上的高低壓用電設(shè)備外殼的接入點(diǎn)。電焊地必須接到電焊機(jī)專(zhuān)用接地接線(xiàn)端子上，不可與公共接地極及其接地網(wǎng)搭接在一起。

3.2.2 通用接地方式

制漿造紙廠(chǎng)的DCS接地方式一般做法有兩種：一是，DCS接地網(wǎng)與電氣接地網(wǎng)共用，將DCS接地接到預(yù)埋的電氣接地網(wǎng)上；二是，DCS專(zhuān)用接地網(wǎng)，與電氣接地網(wǎng)分開(kāi)預(yù)埋。

采取哪種方式，應(yīng)根據(jù)具體情況決定。根據(jù)有關(guān)資料的介紹和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在下列幾種情況下推薦設(shè)置DCS專(zhuān)用獨(dú)立的接地網(wǎng)：

（1）土壤電阻較高，接地電阻不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)值；

（2）車(chē)間周?chē)h(huán)境存在嚴(yán)重的電磁干擾；

（3）工廠(chǎng)的儀表對(duì)電子噪聲敏感，抗干擾要求高；

（4）控制室與電力系統(tǒng)接地體距離很遠(yuǎn)，若共用接地體，則接地線(xiàn)很長(zhǎng)，施工維護(hù)不方便。

單從抗干擾方面來(lái)看，將電力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩個(gè)接地完全分開(kāi)，防止他們之間的互相干擾，理論上來(lái)說(shuō)，是更好的方案。但是，根據(jù)設(shè)計(jì)以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，計(jì)算機(jī)或DCS采用專(zhuān)用的接地網(wǎng)不盡人意，主要有如下弊端：一是，DCS專(zhuān)用接地網(wǎng)占地面積很大，且需要預(yù)埋大量的鋼材及電纜，業(yè)主前期投資壓力大；二是，由于有電氣接地的預(yù)埋以及設(shè)備管道等埋地敷設(shè)，往往在車(chē)間附近難以找到大片地預(yù)埋DCS專(zhuān)用接地網(wǎng)，如果在車(chē)間遠(yuǎn)處預(yù)埋，則有管理維護(hù)不便，增加電纜耗材的問(wèn)題；三是，根據(jù)實(shí)際工程案例，DCS采用專(zhuān)用的接地網(wǎng)效果不好，很多廠(chǎng)設(shè)置單獨(dú)接地網(wǎng)發(fā)生過(guò)設(shè)備頻繁跳閘，之后又改回于電氣接地網(wǎng)共用接地體。

可見(jiàn)設(shè)置專(zhuān)用的DCS接地網(wǎng)是既困難又不安全的。除了上述的四種推薦設(shè)置DCS專(zhuān)用獨(dú)立的接地網(wǎng)情況外，電力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)建議采用共用接地系統(tǒng)。這在廠(chǎng)房設(shè)計(jì)階段就要與電氣專(zhuān)業(yè)密切配合，讓電氣設(shè)計(jì)接地時(shí)單獨(dú)給DCS留有接地抽頭。

3.2.3 制漿造紙廠(chǎng)DCS常用的接地方式建議

在制漿造紙廠(chǎng)實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，往往把全廠(chǎng)的地下管道，地下結(jié)構(gòu)，接地體連成一個(gè)統(tǒng)一的接地網(wǎng)，其接地電阻可以達(dá)到一個(gè)很小的值（通常小于等于1 Ω）。這對(duì)抑制干擾是很有利的，在這種情況下，完全不用將儀表接地系統(tǒng)同電力接地系統(tǒng)分開(kāi)，采用共同的接地體是經(jīng)濟(jì)而且安全的。參考相關(guān)規(guī)范和資料，結(jié)合設(shè)計(jì)以及運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，常用的DCS接地設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 DCS接地示意圖

其中，接地分干線(xiàn)線(xiàn)徑應(yīng)不小于4 mm2，接地干線(xiàn)線(xiàn)徑應(yīng)不小于10 mm2，接地總干線(xiàn)線(xiàn)徑應(yīng)不小于16 mm2，總接地銅牌與接地接入點(diǎn)的接地總干線(xiàn)長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)30 m[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)這幾年的設(shè)計(jì)以及實(shí)踐，這套DCS接地系統(tǒng)應(yīng)用到了很多制漿造紙廠(chǎng)的設(shè)計(jì)中，至今未發(fā)生一起因接地系統(tǒng)導(dǎo)致死機(jī)和遭雷擊的事故發(fā)生，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，對(duì)紙廠(chǎng)而言，這種接地方法是安全可行的。

[1]DCS控制系統(tǒng)的接地問(wèn)題[Z].濟(jì)南杰創(chuàng)自動(dòng)化儀表有限公司，2012.

[2]羅坤遠(yuǎn).DCS防雷接地探討[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2008（5）：82-84.

[3]項(xiàng)目運(yùn)作體系及常見(jiàn)工程技術(shù)規(guī)定[Z].浙江中控技術(shù)股份有限公司，2008：27.