係統接地接對控製係統的影響！

隨著DCS、PLC的廣泛應用，儀表係統的接地已經成為儀表工程設計的一個組成部分。儀表及控製係統的可靠性直接影響到生產裝置安全、穩定的運行，係統的抗幹擾能力是關係到整個係統可靠運行的關鍵。特別是采用分散控製係統，若不考慮和處理好現場電磁幹擾和兼容問題，一方麵要求生產製造單位提高係統抗幹擾能力；另一方麵，要求工程設計、安裝施工和使用維護單位引起高度重視。

1、DCS、PLC控製係統接地的重要性

1）保護接地：保護設備和人身安全。

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、計算機係統等電子設備本身結構造成的事實上的接地；一是為抑製幹擾而設置接地。

2）屏蔽接地：抑製電容性耦合幹擾，降低電磁幹擾的部件的一種有效措施。

在儀表係統中要做屏蔽的接地的有：

a、導線的屏蔽層、排擾線；

b、儀表上的屏蔽接地端子；

c 、未作保護接地而起屏蔽作用的金屬導線管、金屬匯線槽及金屬儀表外殼。

（3）本安儀表係統接地。這種接地除了具有抑製幹擾的作用外，還有使儀表具有本安性質的措施之一。

本安儀表係統的本安性能是借助於安全柵的隔離和能量限製作用，以保證進入危險的能量限製在安全定額以下，從而達到安全火花型的防爆性能。

2、控製係統接地設計

控製室內的儀表接地係統由接地線、接地匯流排、公用連接板、接地體等幾部分組成。

接地係統設計中應遵守的原則、接地體的設置以及接地線等有關問題介紹如下：

1.工作接地的原則——單點接地

由於地電位差的存在，如果出現一個以上的接地點就會形成回路，使儀表引入幹擾，所以同一信號回路、同一屏蔽層或排擾線隻能有根據一個接地點，不能有一個以上的接地點，除了既定接地以外，其他部位應與一切金屬構件絕緣。

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

2.接地體的設置

儀表接地係統的保護接地一般情況下宜和電力係統的接地體共用，不必單獨設置接地體。

儀表係統工作接地體的設置有三種處理方式：

單獨設置的儀表係統接地體

廠區電氣係統接地網

電氣係統在不同裝置或不同界區分設的接地分配器。

采取何種方式，應根據具體情況決定。

下麵幾種情況推薦單獨設置接地體：

需要單獨設置的本質安全儀表係統；

需要單獨設置的DCS或計算機係統；

電氣係統接地網接地電阻不能滿足儀表係統接地要求時；

土壤電阻率高，接地電阻不能達到設計值的場所，例如砂地、岩石或幹燥地區；

周圍環境存在嚴重的電磁幹擾；

所選用的儀表對躁聲相當敏感，抗幹擾要求高，如電磁流量計等；

控製室與電力係統接地體距離較遠，若共用接地體，會使接地線過長，給施工維護帶來不便；

單獨設置接地體較為經濟合理時。

從抑製幹擾的觀點，防止電力係統對儀表的幹擾，把兩個係統的接地完全分開，各自設置接地體，對儀表的防幹擾是有利的。但從工程觀點看，單獨設置接地體比共用接地體投資大，費鋼材，占地麵積大，安裝維護麻煩。一般，除上述特殊情況外，儀表接地係統可以和電力係統共用接地體而不必單獨設置。

實際工程設計中，電氣專業往往把全廠的地下管道、地下結構、接地體連接成一個統一的接地網，其接地電阻值可達到很小的一個值，這對抑製幹擾是很有利的。在這種情況下要把儀表接地係統和電力接地係統完全分開，對於安裝和維護是件很麻煩的事，采取共用接地體比較方便。

儀表係統單獨設置接地體，也應該把儀表係統的接地體和電力係統的接地體連接起來，以達到電位平衡的目的。

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。

儀表係統的保護接地電阻，一般為4Ω，最高不宜超過10Ω。當設置有高靈敏度接地自動報警裝置時，如漏電開關，接地電阻值可大於10Ω。

PLC主要用於開關量的檢測控製，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。用於模擬量檢測控製的DCS係統，接地要求相對比較高。

當信號回路多點接地時，由於地點位的不同，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係統。

4.接地線的選擇和連接

儀表係統的接地連線應使用多股銅芯絕緣電線或電纜，不允許再用裸導線或鋼材，這對保證接地係統的質量，提高接地連線的連續性和可靠性有較大的好處。

儀表係統的接地連線，除可引向單獨設置的儀表係統接地體、廠區電氣係統接地網以外，還可以引向電氣係統在不同裝置或不同界區分設的接地分配器。

（1）保護接地的接地線 

接地支線、接地分幹線和接地總幹線的截麵數值選擇。

（2）工作接地的接地線

儀表盤、儀表櫃、控製櫃上需要接地的儀表，應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，應設置絕緣支撐。

儀表盤、儀表櫃、控製櫃內的接地端子或匯流排，經各自的接地分幹線至接地連接板，再由接地總幹線與接地體連接。各匯流排、分幹線應彼此絕緣。接地連接板應采用銅板製作，且采用絕緣支架固定。接地支線的連接、接地分幹線的連接、接地總幹線與接地連接板的連接，應設置銅製接線片，並采用銅製緊固件固定。各類接地連線中嚴禁接入開關或熔斷器。

當儀表盤內同時有保護接地和工作接地時，應分別設置供這兩類接地的專用匯流排或端子板。各台儀表的保護接地、工作接地分別接至相應的接地匯流排或端子板。盤內的這兩類接地匯流排或端子板經各自的分幹線引至各自的公用接地板或接地總幹線。這兩類接地匯流排、分幹線、總幹線應彼此絕緣。

當儀表係統和電力係統共用接地體時，兩個係統的接地匯流排分幹線、總幹線應彼此絕緣。它們隻能在接地體處或公用連接板處作相互連接，絕對不能在這點之前相連接，否則會引入幹擾。接地線用色澤標記。在一根接地線上嚴禁串接多個需要接地的儀表或裝置，因為這種做法不安全，一個接頭的中斷會引起多台儀表脫開接地點。

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；接地分幹線與接地匯流排和公用連接板的連接用焊接或螺栓連接；接地分幹線、接地總幹線與接地體的連接為焊接。螺栓連接時應裝配防鬆零件。

3、DCS控製係統接地

DCS合理、可靠的係統接地，是DCS係統非常重要的內容。為了保證DCS係統的監測控製精度和安全、可靠運行，必須對係統接地方式、接地要求、信號屏蔽、接地線截麵選擇、接地極布置等方麵，進行認真統籌考慮。

DCS接地基本要求

DCS係統接地是為了保證當進入DCS係統的信號、供電電源或DCS係統設備本身出現問題時，有效的接地係統能承受過載電流並可以迅速將過載電流導入大地。接地係統能夠為DCS提供屏蔽層，消除電子噪聲幹擾，並為整個控製係統提供公共信號參考點（即參考零電位）。當接地係統發生問題時(接地電阻過大，多點接地，接地線斷線或接地線與高電壓、大電流設備相接觸等)，會造成人員的觸電傷害及設備的損壞，據了解，有些DCS係統經常“死機” (或不明原因的“死機”)，大多是因為接地係統不良或存在問題所引起的。因此，完善、可靠、正確的接地，是DCS係統能夠安全、可靠和良好運行的關鍵。

DCS接地分類

在一般情況下，DCS控製係統需要兩種接地：保護地和工作地（邏輯地、屏蔽地等）。對於裝有安全柵防爆措施的係統如化工行業所用的係統，還要求有本安地。

保護地：（CG，Cabinet Grounding） 是為了防止設備外殼的靜電荷積累、避免造成人身傷害而采取的保護措施。DCS係統所有的操作員機櫃、現場控製站機櫃、打印機、端子櫃等均應接保護地。保護地應接至廠區電氣專業接地網，接地電阻小於4Ω。

邏輯地：也叫機器邏輯地、主機電源地，是計算機內部的邏輯電平負端公共地，也是+5V等的電源輸出地。如CPU的正負5伏、正負12伏的負端。需要接入公共接地極。

屏蔽地：（AG，Analog Grounding） 也叫模擬地，它可以把現場信號傳輸時所受到的幹擾屏蔽掉，以提高信號精度。DCS係統中信號電纜的屏蔽層應做屏蔽接地。線纜屏蔽層必須一端接地，防止形成閉合回路幹擾。鎧裝電纜的金屬鎧不應作為屏蔽保護接地，必須是銅絲網或鍍鋁屏蔽層接地。接入公共接地極。

本安地：應獨立設置接地係統，接地電阻≤4Ω。本安地的接地係統應保持獨立，與廠區電氣地網或其它儀表係統接地網的距離應在5m以上。

DCS對公共接地極（網）的要求

當廠區電氣接地網對地分布電阻≤4Ω時，可將廠區電氣接地網當著DCS係統的公共接地極（網）。

當廠區電氣接地網接地電阻較大或雜亂時，應獨立設置接地係統，即為DCS係統的公共接地極（網）。

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

接地極周圍15米內無避雷地的接入點，8米內無 30KW 以上的高低壓用電設備外殼的接入點。當現場無法滿足該條件時，防雷保護地通過避雷器/衝擊波抑製器與公共接地極的主幹線相連。電焊地切勿與公共接地極及其接地網搭接在一起，二者應距離10米以上。

DCS係統接地原則

DCS係統設置的接地裝置

操作台、打印台、服務器櫃：設有保護地螺釘。

繼電器櫃、UPS櫃、配電櫃：設有保護地螺釘。

DCS的I/O機櫃：設有屏蔽接地匯流排，保護地螺釘。係統地(+24V地)懸浮。

儀表櫃、手操盤台：設有屏蔽地接地匯流排，保護地螺釘。

安全柵櫃：設有屏蔽地接地匯流排，本安地接地匯流排，保護地螺釘。

信號屏蔽及其接地

根據有關技術規定要求，計算機或 DCS係統信號電纜的屏蔽層不得浮空，必須接地，其接地方式應符合下列規定：

當信號源浮空時，屏蔽層應在計算機側接地；

當信號源接地時，屏蔽層應在信號源側接地；

當放大器浮空時，屏蔽層的一端與屏蔽罩相連，另一端宜接共模地(當信號源接地時，接信號地。當信號源浮空時接現場地)。

當屏蔽電纜途經接線盒分斷或合並時，應在接線盒內將其兩端電纜的屏蔽層連接。

DCS係統接地方式

利用電氣接地網作為DCS接地網，即與電氣接地網共地；

設DCS係統專用獨立的接地網；

設DCS專用接地網，經接地線、再接至電氣接地網；由於第三種接地方式與第二種接地方式有較多相同處，過去，計算機或DCS係統曾經較多的采用過專用的接地網。但這種接地方式存在的缺點是：占地麵積太大，投資高，電纜及接地網鋼材耗量大，距廠房有相當的距離(因不易在廠房內找到合適的位置)，管理、維護、測量及查找接地極和接地線不方便，且效果不甚良好。根據實際運行表明，設置專用的DCS接地網是既困難又不安全的。

4、PLC控製係統接地

一般要求

①係統接地必須良好，對於PLC控製係統，接地電阻應小於4Q。

②接地線必須有足夠大的線徑，獨立安裝的PLC基本單元，應使用截麵積在2.5nim2以上的黃／綠線與係統保護接地線(PE)連接。

③模塊化結構的PLC，各模塊與機架間一般可以通過模塊本身的接地連接端，使得各模塊與嘰架間保持良好的接地，但機架與係統保護地之間應保證接地良好，應使用截麵積在2.5mm2以上的黃／綠線與係統保護接地線(PE)連接。

④係統中的其他控製裝置（如驅動器、變頻器等）的接地必須同樣符合規範，並獨立接地。

⑤係統中的各類屏蔽電纜的屏蔽層、金屬軟管、走線槽（管）、分線盒等均必須保證接地良好。

不同接地的處理

在PLC係統中，主要有以下幾種與接地有關的常用“地”，需要根據不同的情況進行分別處理。

（1）數字信號地

數字信號地是指係統中各種開關量（數字量）的OV端，如接近開關的OV線、PLC輸入的公共OV、晶體管輸出的公共OV等。

數字信號地在PLC控製係統中，原則上隻需要按照PLC規定的輸入／輸出連接方式進行連接即可，無須另外考慮專門的地線，也不需要與PE線進行連接。

（2）模擬信號地

模擬信號地是指係統中各類模擬量的OV端，如用於驅動器（變頻器）的速度給定電壓輸出、測速反饋輸入、傳感器輸入等。

模擬信號通常采用差動輸出／輸入，各信號間的OV各自獨立，因此，模擬信號地一般不允許進行相互間的連接，也不允許與係統的PE線進行連接。

用於模擬量輸入／輸出的連接線，原則上應使用帶有屏蔽的“雙絞”電纜，屏蔽電纜的屏蔽層必須根據不同的要求與係統的PE線連接。

（3）保護地

保護地是指係統中各控製裝置、用電設備的外殼接地，如電動機、驅動器的保護接地等。這些保護地必須直接與電櫃內的接地母線（PE母線）連接，不允許控製裝置、用電設備的PE線進行“互連”。

（4）直流電源地

係統直流電源地是指除PLC內部電源以外的外部直流電源的OV端（PLC內部直流電源的OV端，一般與PLC的數字信號地共用）。可以分以下幾種情況進行處理：

①當PLC輸入／輸出直流電源分離時，用於PLC輸入的直流電源的OV，必須按本章7.3節“I/O接口設計”部分的要求，與PLC的OV公共線進行連接。用於PLC輸出的直流電源，根據需要，可以不與PLC的OV公共端連接或與PLC的OV公共端連接。

②當PLC輸入／輸出直流電源共用時，直流電源的OV必須與PLC的OV公共線連接。用於PLC輸入／輸出的直流電源OV與係統接地(PE)線之間，根據係統的實際需要，可以連接也可以不連接。

③單獨用於PLC係統執行元件的直流電源OV，原則上不與PLC的OV連接，但一般需要與係統的接地(PE)線進行連接。

（5）交流電源地

交流電源地是指係統中使用的交流電源的OV端（或N線），如220V控製回路的OV端、交流照明電路、交流指示燈的OV端等。

在交流控製回路使用隔離變壓器時，出於“電擊防護”等方麵的考慮，為了讓變壓器起到“隔離”作用，原則上不應將交流電源的OV端與係統接地(PE)線相連。

從抗幹擾的角度考慮，控製係統的PE線原則上也不應與電網的N線相連。但在某些進口機床上，也有使用特殊的“短接端”，將交流電源的OV端、N線、接地(PE)線進行相互連接的情況。

PLC控製係統通常屬於1MHz以下的低頻電路的範疇，因此，一般應采用“單點接地”的接地方式。