接地系统的准备
在DCS应用中，最让人不清楚的，但又是必须理解的大概就是接地问题了。不仅很多用户不清楚，就连有的系统集成商、DCS厂商代理处的有些人都未必特别清楚，原因是因为大部分学自动控制和计算机的人在学校学自动控制原理或计算机原理时是不学接地内容的。而工业控制计算机又涉及到除了计算机本身外还有很多各种类型的信号线，直接与计算机I／O接口相连，这些信号有开关量型（包括开入、开出、而且负载能力也有很大差别，有模拟类的（大信号: 4－20mV，1－5V，小信号0－50mV。O－10mV，大信号中有四线制的，也有两线制的）有的系统中还有交流信号直接通过互感器而接到计算机的交流信号来样，这样也就造成了各工控机厂家（特别是DCS厂家）为了保证自己系统能够在各 种应用现场正常运行，提出了各种各样的接地要求。而这些接地要求差别很大，有的很苛 刻，有的相对宽松一些。这就更使现场人员混乱了。不仅厂家提的接地要求不一致，而且各种教科书和设计手册中对接地的解释也不甚统一。为了让现场施工人员和工程服务人员对接地问题有一个较全面的了解，我们在此较为详细地介绍一个系统应用中遇到的一些接 地概念和方法。

自动控制网www.eadianqi.com版权所有

④第四种隔离是供电系统的隔离
为了防止供电线路上引入共模高频干扰信号，可以在供电线路上设隔离变压器进行干扰隔离，如图3．4.11所示。


  自动控制网www.eadianqi.com版权所有

为了达到好的干扰抑制效果，有两点必须注意：
·变压器的屏蔽层要很好地接地；
·变压器的次级线圈一定要用双绞线。
（2）屏蔽
屏蔽就是用金属导体，把被屏蔽的元件，组合件，电话线，信号线包围起来。这种方法对电容性耦合噪声抑制效果很好。最常见的就是用屏蔽双绞线连接模拟信号。
以上说的电气屏蔽，但在很多场合下，信号除了受电噪声干扰以外，主要还受到强交变磁场的影响，如电站，冶炼厂重型机械厂等，那么，我们除了要考虑电气屏蔽以外，还要考虑磁屏蔽，即考虑用铁、镍等导磁性能好的导体进行屏蔽。
（3）绞线
用双绞线代替两根平行导线是抑制磁场干扰的有效办法。原理如图3．4．12所示：


本文来自www.eadianqi.com
图3．4．12中，每个小绞纽环中会通过交变的磁通，而这些变化磁通会在周围的导体中产生电动势，它由电磁通感应定律决定（如图中导线中的箭头所示）。从图中可以看出，相邻绞纽环中在同一导体上产生的电动势方向相反，相互抵消，这对电磁干扰起到较好的抑制作用。
（4）雷击保护
系统受雷击干扰有两种方式：架空电源线，信号线可能会遭受雷击，另一种是信号电缆附近受到雷击，通过分布电容和电感耦合到信号线，在信号线上产生一个很大的脉冲干扰，有时甚至会烧坏设备，影响人员安全。针对不同的干扰原因，可以采用下面两种措施防雷击：
①对于耦合干扰，我们可用金属电缆管或槽铺设信号线，电缆管或金属槽有很好的接地。
②对于架空信号线，则必须在计算机输入端子处采取防雷措施，如装避雷器，加压敏电阻、较强的滤波电路等来抑制其干扰。
3、接地准备
（l）接地的作用
接地的作用总的步说只有两种：保护人和设备不受损害；抑制干扰；抑制干扰接地在有的书中又叫工作接地，而前者又叫保护接地。
①保护接地
保护接地是将DCS中平时不带电的金属部分（机柜外壳，操作台外壳等)与地之间形成良好的导电连接，以保护设备和人身安全。原因是DCS的供电是强电供电（220V或11OV），通常情况下机壳等是不带电的，当故障发生（如主机电源故障或其它故障）造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时，这些金属部件或外壳就形成了带电体，如果没有很好的接地，那么这带电体和地之间就有很高的电位差，如果人不小心触到这些带电体，那么就会通过人身形成通路，产生危险。因此，必须将金属外壳和地之间作很好的连接，使机壳和地等电位。此外，保护接地还可以防止静电的积聚。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
②工作接地
工作接地是为了使DCS以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。它分为机器逻辑地、信号回路接地、屏蔽接地，在石化和其它防爆系统中还有本安接地。
·机器逻辑地，也叫主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V等电源的输出地。
·信号回路接地，如各变送器的负端接地，开关量信号的负端接地等。
·屏蔽接地（模人信号的屏蔽层的接地）。
·本安接地，是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了抑制干扰外，还有使仪表和系统具有本质安全性质的措施之一。本安接地会因为采用的设备的本实措施不同而不同，下面以齐纳式安全栅为例，说明其接地内容，如图3．413所示：该图是一个齐纳式安全栅的接地原理图。

自动控制网www.eadianqi.com版权所有

安全栅的作用是保护危险现场端永远处于安全电源和安全电压范围之内。如果现场端短路，则由于负载电阻和安全栅电阻R的限流作用，会将导线上的电流限制在安全范围内，使现场端不至于产生很高的温度，引起燃烧。第二种情况，如果计算机一端产生故障，则高压电信号加入了信号回路，则由于齐纳二级的嵌位作用，也使电压位于安全范围。
值得提醒的是，由于齐纳安全栅的引入，使得信号回路上的电阻增大了许多，因此，在设计输出回路的负载能力时，除了要考虑真正的负载要求以外，还要充分考虑安全栅的电阻，留有余地。
除了上述几种接地外，在很多场合下容易引起混乱的还有一个供电系统地，也叫交流电源工作地，它是电力系统中为了运行需要设的接地(如中性点接地）。
（l）接地要求和方法：
上面介绍了六种接地：供电系统地、保护地、逻辑地、屏蔽地安全栅地、信号回路地。对这六种接地，各家有各家的要求，虽然大都强调一点接地，接地电阻必须小于1欧姆等，但具体内容上差别很大，下面给出几个例子介绍常遇到的接地要求和方法。
①供电系统地：在很多企业，特别是电厂、冶炼厂等，其厂区内有一个很大的地线网，而通常供电系统的地是与地线网连在一起的。有的厂家强调计算机系统的所有接地必须和供电系统地以及其它（如避雷地）严格分开，而且之间至少应保持15m以上的距离。为了彻底防止供电系统地的影响，建议供电线线路用隔离变压器隔开。这对那些电力负荷很重，而且负荷经常启停的单位是应注意的。从抑制干扰的角度来看，将电力系统地和计算机系统的所有地分开是很有好处的，因为一般电力系统的地线是不太干净的。但从工程角度来看，在有些场合下单设计算机系统地并保证其与供电系统地隔开一定距离是很困难的，这时可以考虑能否将计算机系统的地和供电地共用一个，这要考虑几个因素：·供电系统地上是否干扰很大，如大电流设备启停是否频繁，对地产生的干扰是否大； 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
·供电系统地的接地电阻是否足够小，而且整个地网各个部分的电位差是否很小，即地网的各部分之间是否阻值很小（＜1W）
·DCS的抗干扰能力以及所用到的传输信号的抗干扰能力，例如有无小信号(电偶，热电阻）的直接传输等。
②所有计算机接线涉及到的接地采用一点接地方式，在这一点上，也有很多争议。有的厂家系统提出几个地：逻辑地、屏蔽地（又叫模拟地）、信号地、保护地分别自己接地在地上打接地装置，而大部分系统则指出各种地在机柜内部自己分别接地，汇于一点，然后用较粗的导体（铜）将各汇地点朕起来，接到一个公共的接地体上。这里有几点需要注意：
DCS本身是由多台设备组成的，除了控制站以外，还包括很多外设，而且数据也不止一台，这就涉及到了多台设备，多种接地的问题。此外，一般的DCS的供电是各站（控制站，操作站等)用专门一条线单独供电，即彼此之间不相互供电。图3．4．14是一种常用的多站接地图。
保护接地：DCS的所有设备均有一个保护地，该保护一般在机柜和其它设备设计加工时就已在内部接好，有的系统中已将该保护地在内部同电源进线的保护地（三芯插头的中间头)连在一起，有的不允许将保护地同该线相连，用户一定要仔细阅读厂家提供的接地安装说明书，不管哪种方式，CG必须将一台设备（控制站、操作员站等）上所有的外设或系统的CG连在一起，然后用较粗的绝缘铜导线将各站的CG连在一起，最后从一点上与大地接地系统相连。还有一点值得提醒的是，DCS的所有外设必须从一条供电线上供电，而且一台设备（如操作员站位所连接的所有外设和主机系统（CRT、打印机、拷贝机主机系统）的电源必须从设备的供电分配器上取电，而不允许从其它地方取电，否则可能会烧坏接口甚至设备，对于不得不用长线连接的场合，或用较粗导线提供供电，或采取通信隔离措施。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
各站的CG在连接时可以采用幅射连接法，也可以采用串行接法。电源逻辑地（P）如图 3．4．14所示。首先，各站内的逻辑地必须位于一点PG，然后，粗绝缘导线以辐射状接到一点上，然后接到大地接地线上。在有些系统中，所有的输入，输出均是隔离的，这样其内部逻辑地就是一个独立的单元，与其它部分没有电器连接，这种系统中往往不需要PG接地，而是保持内部浮空。所以，用户在设计和施工接地系统时，一定要仔细阅读产品的技术要求和接地要求。
·模拟地（AG），模拟地（又叫屏蔽地）是所有的接地中要求最高的一种。几乎所有的系统都提出AG一点接地，而且接地电阻小于IQ。 DCS设计和制造中，在机柜内部都安置了AG汇流排或其它设施。用户在接线时将屏蔽线分别接到AG汇流排上，在机柜底部，用绝缘的铜辫连到一点，然后将各机柜的汇流点再用绝缘的铜辫或铜条以辐射状连到接地点。大多数的DCS要求，不仅各机柜AG对地电阻＜I欧姆，而且各机柜之间的电阻也要＜1欧姆。
·信号地的处理：原则上不允许各变送器和其它的传感器在现场端接地，而都应将其负端在计算机端子处一点接地。但在有些场合，现场端必须接地，这时，必须注意原信号的输入端子（上双端）绝对不许和计算机的接地线有任何电气连接，而计算机在处理这类信号时，必须在前端采用有效的隔离措施。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
·安全栅的接地：我们回过头来再看图3．4.13所示的安全栅线路图。从图中可以看出有三个接地点：B，E，D，通常B和E两点都在计算机这一侧。可以连在一起，形成一点接地。而D点是变送器外壳在现场的接地，若现场和控制室两接地点间有电位差存在，那么， D点和E点的电位就不同了。假设我们以E作为参考点，假定是D点出现10V的电势，此时，A点和E点的电位仍为24V，那么A和D间就可能有34V的电位差了，己超过安全极限电位差，但齐纳管不会被击穿，因为A和E间的电位差没变，因而起不到保护作用。这时如果不小心现场的信号线碰到外壳上，就可能引起火花，可能会点燃周围的可燃性气体，这样的系统也就不具备本安性能了。所以，在涉及到安全栅的接地系统设计与实施时，一定要保证D点和B（E）点的电位近似相等。在具体实践中可以用以下方法解决此问题：用一根较粗的导线将D点与B点连接起来，来保证D点与B点的电位比较接近。另一种就是利用统一的接地网，将它们分别接到接地网上，这样，如果接地网的本身电阻很少，再用较好的连接，也能保证D点和B点的电位近似相等。但注意，此接地一定不要与上面几种接地发生冲突。
以上讨论了几种接地的方法和注意事项。在不同的系统中，对这几种接地的组态要求不同，但大多数系统对AG的接地电阻一般要求I欧姆以下，而安全栅的接地电阻应＜4欧姆，最好<1欧姆，PG和CG的接地电阻应小于4欧姆。

自动控制网www.eadianqi.com版权所有

本文来自www.eadianqi.com