DCS的接地分析

第34卷第5期.貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)Vol.34 No.52005年10月JOURNAL OF GUIZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGYOctober. 2005(Natural Science Edition)文章編號:1009-0193(2005)05-0048-03DCS的接地分析龔建平,張希周(貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院,貴州貴陽(yáng)50003)摘要:文章對分散型計算機控制系統幾種不同的接地方式作了詳細分析,并對在系統接地裝置安裝過(guò)程中出現的技術(shù)問(wèn)題及注意事項提出了相應處理措施及說(shuō)明。關(guān)鍵詞:DCS;接地;隔離;屏蔽中圖分類(lèi)號:TM862文獻標識碼:B0引言DCS(Distributed ControlSystem)集散型控制系統自80年代中期進(jìn)人我國以來(lái),由于其先進(jìn)性、可靠性與實(shí)用性在各主要工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應用，并逐步成為一種常規設計。在DCS應用中,接地問(wèn)題往往不被人們所重視,易出現由于忽視接地而導致DCS不能正常工作的情況,甚至威脅到生產(chǎn)系統的安全運行。本文通過(guò)對DCS接地的分析,指出了在設計安裝調試中較易發(fā)生的接地問(wèn)題，提出了DCS接地的關(guān)鍵所在。1接地的分類(lèi)1.1接地分 為安全接地和工作接地兩種安全接地是為了人身和設備安全而設的接地。當設備絕緣老化時(shí),設備會(huì )發(fā)生漏電現象,安全接地使設備外殼金屬部件不會(huì )產(chǎn)生對人身造成危害的過(guò)高電壓,也可使電氣設備的保護裝置動(dòng)作、以免故障擴大。[1]在DCS中,安全接地同時(shí)也是靜電防護接地,具有重要的靜電防護作用。在集散控制系統中有大量的CMOS器件,CMOS器件對靜電較敏感。據統計,由于靜電造成的損壞占CMOS器件損壞的78% . CMOS器件靜電損壞主要分為電壓擊穿損壞和功率擊穿損壞。CMOS的絕緣介質(zhì)層SIO2的耐壓值僅為100V,當靜電電壓超過(guò)此值時(shí),氧化膜就會(huì )被擊穿造成針孔而導致柵溝相通使器件失效;靜電積累會(huì )造成放電,放電電流流過(guò)集成電路內部時(shí)會(huì )引起PN結溫度升高,這可能燒毀內部連線(xiàn)或造成內部導線(xiàn)截面變小,也可能引起合金化或造成金屬擴散,最終造成器件破壞或嚴重的電老化,給設備帶來(lái)極大隱患。1.2工作接地分 為屏蔽接地、系統接地、本安接地三種(1)屏蔽接地屏蔽接地是為避免電磁場(chǎng)對儀表和信號的干擾而采取的接地?，F場(chǎng)儀表的信號通過(guò)電纜送到控制室的DCS,信號從現場(chǎng)到控制室的過(guò)程中會(huì )受到許多電磁干擾。電磁千擾可分為靜電感應產(chǎn)生的干擾和電磁感應產(chǎn)生的干擾。靜電感應產(chǎn)生的干擾是信號回路周?chē)嬖诘姆植茧娙菀鸬?當- - 些電源電纜和信號電纜平行靠在一起時(shí),信號電纜的信號回路由靜電感應而產(chǎn)生干擾電壓ES:_CiEs= 2c+CoEi .(1)式中: Ci- -第 i根電源電纜與信號電纜間電容,F;中國煤化工Coi除第i根電源電纜外其他電源電纜與信號MYHCNMHGEi-第i根電源電纜內的電壓,V.收稿日期:2005-04- 15.第5期龔建平,等:DCS的接地分析由式(1)可知,當信號電纜與電源電纜無(wú)隔離地并行在一起時(shí) ,干擾電壓大小取決于它們相對的幾何位置。當靠得很近時(shí),220V電源使信號回路有100V左右的干擾電壓,這顯然是不允許的。電磁感應產(chǎn)生的干擾是信號電纜周?chē)姶艌?chǎng)造成的,在信號回路中產(chǎn)生干擾電壓Em:Em=中EMiliIi一-第I號電流回路流國的電流,AMi-信號回路與第I號電流回路間的互感系數。電磁感應產(chǎn)生的干擾還包括其他電磁場(chǎng)(大型電機、變壓器等)引起的干擾。(2)系統接地系統接地的目的是使DCS信號建立一個(gè)基準點(diǎn),該基準點(diǎn)接地是為了使基準點(diǎn)保持較穩定的電位,以保證信號傳輸的可靠性和準確性。若基準點(diǎn)有干擾或噪音,可因其接地使之影響減少。通常24V電源的負極也接在這個(gè)基準點(diǎn)上。系統接地網(wǎng)絡(luò )應盡可能地縮短其距離,以減少回路阻抗。(3)本安接地本安接地是給配有本安齊納安全柵的回路中的齊納安全柵專(zhuān)設的接地,齊納安全柵的接地直接關(guān)系到本安回路的本質(zhì)安全功能的實(shí)現。圖1為齊納式安全柵的接地原理圖,從圖中可以看到SG和AG兩個(gè)接地點(diǎn);B點(diǎn)與C點(diǎn)電位相同,D點(diǎn)是變送器外殼在現場(chǎng)接地。若現場(chǎng)與控制室有地電位差存在,則D點(diǎn)與B點(diǎn)電位就不安全播同,若以B點(diǎn)為參考零電位,當D點(diǎn)出現一-10 V的電位,A,B間仍為24 V,則A,D間就有34 V電位差,在這種情況下,齊納管不會(huì )反向導通,不起保護作用,但如果不小心,現場(chǎng)信號線(xiàn)碰到變送器外殼,產(chǎn)生的電火花可能點(diǎn)燃爆炸氣體。反之,若D點(diǎn)。( + \出現+ 10 V的電位,則可以影響變送器的信號,給DCS造成干卑|卑AG擾。電租2。DCS接地采取的主要措施|sc2.1靜電防護措施主要有兩種(1)阻止靜電產(chǎn)生和減少靜電電荷的積累。在DCS控制室圖1齊納安全柵接線(xiàn)原理圖[2]內要采用防靜電地板,并嚴格要求在進(jìn)行手工操作DCS內部器件時(shí),工作人員應穿戴防靜電的工作服鞋和帽,應戴防靜電護腕,不用易產(chǎn)生靜電的材料裝修控制室、不用易產(chǎn)生靜電的器具,以免靜電加到器件上造成器件損壞。(2)采取讓靜電得以泄放的措施。泄放的主要方法是靜電接地,即工作臺機柜及所有可能有靜電積累處予以接地，使靜電有可靠的泄放通道。2.2屏蔽接地的措施為減少電磁干擾可采取多種措施，如信號線(xiàn)采用雙絞線(xiàn)信號電纜穿人接地的鋼管、在電纜橋架及電纜溝中封閉并與電源電纜隔離等。據API標準,電源電線(xiàn)與信號電纜最小應保持的距離見(jiàn)表1(指電源電纜與信號電纜同溝時(shí)必須永久性地保持此距離,在交叉處必須用保護管)。表1標準電源電線(xiàn) 與信號電纜最小保持距離{3]電源電纜最小距離125V或10A250mm( 10inch)250V或50A中國煤化工440V或200A5KV或800AMHCNMHG采用屏蔽電纜并使屏蔽層一點(diǎn)接地是廣 泛采用的有效抗干擾措施之- -。屏蔽層接地主要是抗靜電感應產(chǎn)生的干擾。國內已生產(chǎn)多種專(zhuān)門(mén)用于DCS等設備的屏蔽信號電纜,其抗干擾效果與屏蔽層效果有關(guān)，50貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2005年.如銅絲網(wǎng)屏蔽層的屏蔽效果為103:1,而鍍鋁帶屏蔽層的屏蔽效果可達610:1。應注意鎧裝電纜的金屬不應作為屏蔽保護接地,它的作用僅僅是防止機械拉伸損壞和防腐保護。2.3本 安接地的措施齊納安全柵限制故障狀態(tài)下可能進(jìn)人現場(chǎng)的能量,使現場(chǎng)能量在釋放時(shí)沒(méi)有發(fā)生爆炸的危險。當回路電流超過(guò)限定值時(shí),安全柵的保險絲熔斷而切斷回路,達到保護目的;當回路電壓過(guò)高時(shí),齊納管擊穿,電流增大,保險絲熔斷,從而也達到保護的目的。因此過(guò)電壓的參考基準點(diǎn)極為重要。這個(gè)基準點(diǎn)必須接地,并且是一個(gè)單獨的接地系統,但它又必須在系統接地的接地極處有電氣連接,使24V電源負極與其等電位。3接地的具體要求和布置在控制室內要求個(gè)接地系統有獨立的接地母線(xiàn),各柜、盤(pán).臺內接地系統也有各自獨立的小母線(xiàn),連接形式是放射形,不允許串接。各接地系統從儀表接地端子經(jīng)柜內小母線(xiàn)到控制室內的相應接地母線(xiàn)連接線(xiàn)的電阻大都要求小于0. 1歐姆,這是為了接地電位盡可能-致和減少噪音 干擾。不應誤認為這是對接地極電阻的要求,實(shí)際上是對接地連接導線(xiàn)電阻的要求。而且連接導線(xiàn)長(cháng)度不得大于150m,以減少電感量,使接地電位盡可能一致。[4]此外屏蔽層接地須一點(diǎn)接地而不能多 點(diǎn)接地。如果兩點(diǎn)接地,在兩點(diǎn)間如有其他設備的漏電流產(chǎn)生的電位差,會(huì )使信號回路通過(guò)大地構成閉合回路而產(chǎn)生于擾。4DCS在安裝調試過(guò)程中較易發(fā)生的接地問(wèn)題1把安全保護接地與工作接地相混并連在--起,使安全接地的干擾進(jìn)人信號回路,更甚者使本安齊納柵大量損壞而威脅DCS的運行。2、工作接地的3類(lèi)接地是單獨設置的,但本安接地與系統接地無(wú)合適的電氣連接會(huì )造成本安齊納安全柵的接地電位與直流電源負極電位不在同一電位上,當這個(gè)電位差達到某值時(shí)將使本安齊納安全柵損壞。3、屏蔽層多點(diǎn)接地,造成干擾進(jìn)人信號回路,這對溫度(熱電偶)回路影響尤為明顯。4.控制室內工作接地的3類(lèi)接地相混,雖然各自有母線(xiàn),但接到盤(pán)柜時(shí)相混而造成互相干擾。5、從控制室各接地母線(xiàn)到各盤(pán)柜采用串接而不是放射型接線(xiàn)，致使接地系統中各器件接地點(diǎn)電位不同而引起互相干擾。5結論1、安全保護接地與工作接地必須嚴格分開(kāi);2、在工作接地的3類(lèi)接地中本安接地是要求最嚴格的接地;3、部件接地點(diǎn)到控制室各自接地母線(xiàn)的連接導線(xiàn)的電阻應小于0.1歐姆。4、系統接地和本安接地可用一組接地極,但屏蔽接地系統不宜和它們公用一組接地極。5所有的接地母線(xiàn)至少用50*10mm高導通型的銅棒,而且要鍍錫;6、各接地母線(xiàn)銅棒的終端要用彩色噴涂50-60mm加以區別，據色碼標準規定為:黃色為儀表保護接地;紅色為系統接地;蘭色為本安接地。參考文獻:[1]王時(shí)煦.建筑物防雷設計[M].北京:中國建筑出版社, 1980.[2]王子平.影響DCS安全運行的因素及對策[J].化工自動(dòng)化及儀表.中國煤化工[3]胡濤. 國際工程中DCS的接地及應注意的問(wèn)題[J].石油規劃設計[4]王常力.集散型控制系統的設計與應用[M].北京:清華大學(xué)出版社:MYHCNMHG(下轉60頁(yè))50貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2005年General Linear Model of Complex Flexible AC Transmission SystemLIAO Xiang' ,AO Wei - zhi? , HAO Zheng - hang2(1. Guizhou Electrical Industry School, Guiyang 550025, China; 2. School of Electrical Engineering,GZU,Guiyang 550003 ,China)Abstract: Flexible AC transmission system decentralized coordinated control and wide area coordinatedcontrol are the focal points in the curent field of power. Studying∞omplex power systems installed manyFACTS devices must ask assistance for common mathematics model, and few achievements in this area isobtained. But as a basic task, constructing model is absolute essential. This paper deduces universal linearmodel of complex power systems which include m generators and n STATCOM, and lay foundation ofstudying for dynamic characters, damping and coordinated control of current or future power systemswith multi - controller. A certain theoretical preparation is established for solving coordinated controland wide area ooordinated c∞ontrol based on global linear model.Key words: FACTS; complex power systems;STATOOM; mathematics model(上接50頁(yè))Analysis of the Distributed Control System GroundingGONG Jian - ping,ZHANG Xi - zhou .(School of Electric Engineering,Guizhou University ,Guiyang 550003 ,China)Abstract:Several different kinds of grounding in ditributed∞ontrol system are analyzed and relatedmeasures and explanations for the technical problems and certain points of attention in the process ofinstallation of grounding unit in DCS are discussed.Key words :DCS; ground; isolation; shielding(上接54頁(yè))Study and Application of Management System for Heating Treatment WorkshopLI Hao, XIE Qing - sheng, LIN Wei(Guizhou Modem Manufacturing Technology Key Laboratory ,Guizhou University ,Guiyang 550003 ,China)Abstract:Aiming at machine manufacturing enterprise' s mismatching between resource planning man-agement and heating treatment workshop, in full consideration of the future management system, amanagement system of heating treatment workshop was built by using component一based softwarereuse technology ,object - oriented technology and web technology. System structure and function wereanalyzed, system structure and function models were built. Then the main function and key module ofthe system were analyzed.Key words: heating treatment workshop; management syst-2onent中國煤化工TYHCNMHG