合理準(zhǔn)確的接地是保證集散控制系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信暢通的重要前提。正確的接地既能抑制外來(lái)干擾,又能減小設(shè)備對(duì)外界的干擾影響。而錯(cuò)誤的接地反而會(huì)引入干擾,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致集散控制系統(tǒng)無(wú)法正常工作。因此接地問(wèn)題不僅在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要周密考慮,在工程安裝投運(yùn)時(shí)也必須以最合理的方式加以實(shí)現(xiàn)。
1)系統(tǒng)地接地方式
系統(tǒng)地的接地方式通常有三種:
? 浮地方式—不接大地,任其懸浮。
為了抑制共模輸入電壓的影響,低電平信號(hào)輸入電路往往采用浮地方式。DCS中的I/O子系統(tǒng)都是采用浮置式。浮地方式的有效性取決于實(shí)際的懸浮程度。而對(duì)于DCS這種規(guī)模較大的系統(tǒng),由于存在較大的對(duì)地分布電容,很難實(shí)現(xiàn)并保持真正的懸浮。當(dāng)系統(tǒng)基準(zhǔn)電位受干擾時(shí),會(huì)通過(guò)對(duì)地分布電容出現(xiàn)的位移電流影響控制系統(tǒng)正常工作;當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模增大,輸入輸出線增多或加長(zhǎng)時(shí),都會(huì)使對(duì)地電容增大,位移干擾電流增加,而給系統(tǒng)引入干擾。因此,DCS主機(jī)的系統(tǒng)地不能浮置,而要采用直接接地方式。
? 直接接地方式—系統(tǒng)地與大地直接相連。
這種接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)恰與浮地方式相反,當(dāng)控制系統(tǒng)有很大對(duì)地分布電容時(shí),只要合理選擇接地位置,便可以抑制分布電容的影響。
? 電容接地方式—經(jīng)電容將系統(tǒng)地與大地相連。
接地電容為高頻干擾分量提供對(duì)地通路,抑制分布電容的影響,但對(duì)低頻干擾分量仍是斷路。所以類(lèi)同浮地方式的部分缺點(diǎn)依然存在。
2)系統(tǒng)地一點(diǎn)接地原則
當(dāng)一套集散控制系統(tǒng)有多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站或數(shù)采站時(shí),整套設(shè)備的系統(tǒng)地必須只有一點(diǎn)接大地。因?yàn)榻拥仉娮璨豢赡艿扔?,當(dāng)有電流從接地極注入大地時(shí),接地極及其附近的大地電位便會(huì)升高,引起設(shè)備地電位的波動(dòng)。所以如果有兩個(gè)或更多的接地點(diǎn),它們之間總會(huì)有地電位差,并導(dǎo)致產(chǎn)生環(huán)形地電流。
集散控制系統(tǒng)中眾多的電氣和電子控制系統(tǒng)同時(shí)工作時(shí),地電流分布狀況很復(fù)雜,必須仔細(xì)考慮地電位差的影響。
每只機(jī)柜最多只有一點(diǎn)接大地,多個(gè)機(jī)柜由同一套直流電源供電時(shí),必須只有一點(diǎn)接大地,且該點(diǎn)應(yīng)選擇開(kāi)關(guān)電源所在的機(jī)柜。同樣操作站也必須接大地,并且僅有一點(diǎn)接大地。
3)系統(tǒng)地一點(diǎn)接地方式
一點(diǎn)接地方式分放射式和干線式兩種。
當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較小時(shí),可以采用圖3.2.1-1所示的放射式一點(diǎn)接地。接地線盡可能選較粗的導(dǎo)線。而當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大時(shí)(三個(gè)控制站以上),宜采用圖3.2.1-2所示的干線式一點(diǎn)接地。干線式一點(diǎn)接地就是將所有系統(tǒng)地用粗干線連起來(lái),經(jīng)一點(diǎn)接地。粗干線的選擇要滿(mǎn)足粗、短、扁的要求,另外要注意粗干線要真正浮起來(lái),避免與地連起來(lái),尤其當(dāng)干線較長(zhǎng)時(shí),要保證只有一點(diǎn)接地。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)接地網(wǎng)電阻較?。ㄒ话阍趲资翚W以?xún)?nèi)),并且所受干擾較小時(shí),可以將該接地網(wǎng)作為干線使用。
由同一套開(kāi)關(guān)電源供電的機(jī)柜,應(yīng)采用發(fā)射式接地方式先將各機(jī)柜匯流排(直流電源地)和開(kāi)關(guān)電源所在機(jī)柜的匯流排連接,然后一點(diǎn)接地。多個(gè)系統(tǒng)的接地應(yīng)以干線式、就近接地為原則。如無(wú)法保證干線式接地,則應(yīng)以就近接地為原則,并在通訊口加裝防雷部件。接地時(shí)應(yīng)首先保證人身安全,其次應(yīng)遠(yuǎn)離避雷針接地點(diǎn),最后應(yīng)使接地電阻較小。
3.2.2 屏蔽地
為了抑制變化電場(chǎng)的干擾,控制系統(tǒng)中廣泛采用多種靜電屏蔽,如變壓器的靜電屏蔽層、線路的屏蔽層或局部空間的屏蔽罩等。所有作靜電屏蔽用的導(dǎo)體都必須良好接地才能發(fā)揮作用,即使是作電磁屏蔽用的導(dǎo)體也以接地為好。
1)屏蔽地的一點(diǎn)接地原則
與系統(tǒng)地線一點(diǎn)接地的道理相同,控制系統(tǒng)屏蔽地也必須一點(diǎn)接地。在同一控制站內(nèi),各屏蔽地就近接到匯流排,通過(guò)匯流排接地;如果存在多個(gè)控制站,則與系統(tǒng)地一樣,設(shè)立獨(dú)立的屏蔽接地母線,各控制站的屏蔽地都經(jīng)該接地母線一點(diǎn)接地。
2)各種屏蔽層的接地方式
? 信號(hào)電纜屏蔽層:原則上應(yīng)在信號(hào)源或接收器一側(cè)接地。
控制裝置之間的信號(hào)電纜應(yīng)在對(duì)地電容大的一端接地,這樣能減少信號(hào)電纜對(duì)地分布電容的影響。DCS中屏蔽層大多在機(jī)柜內(nèi)的端子接地。但是,對(duì)于鎧裝熱電偶不適用。因?yàn)楸粶y(cè)裝置通常都接地,而且有些是大電流或中高頻加熱裝置,噪聲很強(qiáng),這樣的測(cè)溫屏蔽層應(yīng)在被測(cè)裝置一側(cè)接地。采用雙重靜電屏蔽層的電纜,通常均把外屏蔽層接到屏蔽地線,把內(nèi)屏蔽層接到系統(tǒng)地線。
? 電源變壓器的屏蔽層:靜電屏蔽層應(yīng)接到保護(hù)地。
為了保證電纜屏蔽層真正實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接地,應(yīng)該注意以下事項(xiàng):
1) 屏蔽電纜要有絕緣護(hù)套;敷設(shè)安裝電纜時(shí)避免損壞護(hù)套,譬如不可在有尖銳邊緣的金屬部位拖拉電纜;屏蔽層經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)接端子時(shí),須專(zhuān)門(mén)配備供屏蔽層用的專(zhuān)用端子,圖3.2.2-1所示,這樣能保持屏蔽層的連續(xù)性。
圖3.2.2-1 電纜屏蔽層一點(diǎn)接地
2) 當(dāng)發(fā)現(xiàn)屏蔽接地效果不佳時(shí),首先要檢查屏蔽層的絕緣護(hù)套是否損壞。判斷的方法是:將屏蔽地一點(diǎn)接地點(diǎn)斷開(kāi),檢查屏蔽效果是否有改善,若是,則可以判斷電纜護(hù)套可能損壞。
3) 對(duì)個(gè)別情況,信號(hào)電纜的屏蔽層需要兩端接地。如某些靈敏的高頻輸入電纜層要采用兩端接地,而且電纜應(yīng)緊貼地面敷設(shè),以減少接地環(huán)路的面積;當(dāng)?shù)仉娢徊钶^大時(shí),還可緊靠屏蔽線敷設(shè)一根較粗的電位平衡導(dǎo)線來(lái)平衡地電位差,減少流入屏蔽層的電流。
3.2.3 安全地
安全地也稱(chēng)保護(hù)地。根據(jù)一般的人體電阻,已對(duì)各種環(huán)境下允許直接接觸的安全電壓值作出規(guī)定:普通環(huán)境為30V左右;潮濕環(huán)境和手持設(shè)備為24V左右。凡工作電壓超出上述安全電壓的用電設(shè)備,其接觸部位——外殼、機(jī)座、操作手柄等金屬部件都必須接地,稱(chēng)為保護(hù)接地。
DCS采用綜合接地方式,系統(tǒng)內(nèi)部已按一點(diǎn)接地原則將系統(tǒng)地、屏蔽地和安全地接到同一匯流排上。