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联系人：王志强，男，35岁，本科，自动控制工程师，乌鲁木齐（830022）头屯河区新疆八一钢铁有限公司能源中心热电分厂，电话：13209900361，邮箱：wangzq@bygt.com.cn
摘 要：介绍了工业控制系统的方式及特点，对目前电厂DCS系统的接地方式进行了分析，同时对电厂由于控制系统接地不规范而产生的危害，进行了故障分析及说明。
关键词： 控制系统接地方式、DCS系统接地必要性及分类、接地故障及危害
0、引言
随着化工行业的迅速发展和自动化水平的提高，DCS控制系统已在国内石化、电力、医药等行业中得到广泛应用，这对保证企业的安全稳定生产起到了十分重要的作用，并取得了良好的效果。DCS控制系统接地是否合理、可靠，已成为DCS系统稳定运行的前提。DCS控制系统采用接地的目的，是为了防止供电系统或控制系统设备出现问题时，有效的接地系统能承受过载电流，并将其迅速释放到大地中。本文根据工业控制系统的接地方式及特点，并结合八钢电厂DCS控制系统接地故障进行分析，阐述控制系统可靠接地的必要性。
1、控制系统接地的方式：
从工业应用的角度来看，目前控制系统按照结构分为：单独接地、联合接地及共用接地网三种方式。
1.1、单独接地
这种接地方式是将控制系统的保护地接入电气安全接地网，工作地采用“独立的”、“干净的”接地装置与大地相接。由于一段电源保护接地的两点间会有数毫伏，甚至几伏的电位差，这对低电平信号电路来说，是一个非常严重的干扰，因此控制系统的工作地不宜和保护接地在柜内混用。
1.2、联合接地
这种接地方式是将控制系统在内的电子信息设备和其它电气系统的接地系统连接在一起，形成“联合接地”并一点接地，而且规定接地电阻不应大于1欧姆。
1.3、共用接地网
共用接地网是以等电位观点为主题思想的多点连接，即设备和装置外漏可导电部分的电位基本相等的电气连接。其中包括建筑物的结构钢筋、金属设备、管道等，进而和接地极相连。所谓多点是指建筑物基础钢筋、地下金属管道、埋地电缆的金属外皮都成为很好的接地极。
由于通过共用接地网实现等电位连接，为干扰（特别是强大的雷电流）提供低阻抗的连续通道并泄放到大地。由于等电位连接减少了系统内各金属部件和各系统间的电位差（但并非是真正的等电位体），无论是从防雷的角度或者是从减小控制系统共模干扰来看，这都是十分有益的。和单独接地、联合接地相比，采用共用接地网实现等电位连接具有一系列的优点，且有着无法比拟的优势，所以等电位接地方式应该是控制系统接地的首选方式。
2、DCS系统接地的必要性及分类
2.1 DCS系统接地的必要性
目前八钢热电DCS系统接地均采用“单独接地”方式，DCS系统接地是为了保证当进入DCS系统的信号、供电电源或DCS系统设备本身出现问题时，可靠的接地系统能承受过载电流并可以迅速将过载电流导入大地。接地系统能够为DCS提供屏蔽层，消除电子噪声干扰，并为整个控制系统提供公共信号参考点（即参考零电位）。当接地系统发生问题时（接地电阻过大，多点接地，接地线断线或接地线与高电压、大电流设备相接触等），会造成人员的触电伤害及设备的损坏，还会造成DCS系统经常“死机”（或不明原因的“死机”），大多是因为接地系统不良或存在问题所引起的。因此，完善、可靠、正确的接地，是DCS 系统能够安全、可靠和良好运行的关键。
2.2 DCS系统内接地的分类
在一般情况下，DCS控制系统需要两种接地：保护地和工作地（逻辑地、屏蔽地等）。对于装有安全栅防爆措施的系统如化工行业所用的系统，还要求有本安地。
（1） 保护地（cg，cabinet grounding）：cg是为了防止设备外壳的静电荷积累、避免造成人身伤害而采取的保护措施。DCS系统所有的操作员站、现场控制站、打印机、端子柜等均应接保护地。保护地应接至电气专业接地网，接地电阻小于4ω。
（2） 逻辑地：也叫机器逻辑地、主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5v等的电源输出地。如CPU的正负5伏、正负12伏的负端。需要接入公共接地极。
（3） 屏蔽地（ag，analog grounding）：ag也叫模拟地，它可以把现场信号传输时所受到的干扰屏蔽掉，以提高信号精度。DCS系统中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽接地。线缆屏蔽层必须一端接地，防止形成闭合回路干扰。铠装电缆的金属铠不应作为屏蔽保护接地，必须是铜丝网或镀铝屏蔽层接地。接入公共接地极。
（4） 本安地： 应独立设置接地系统，接地电阻≤4ω。本安地的接地系统应保持独立，与电气地网或其它仪表系统接地网的距离应在5m以上。
3、DCS控制系统接地故障导致的危害
3.1 测量数据误差
八钢热电采用和利时公司MACS5控制系统，在汽机与锅炉DAS控制单元中，部分测点选用数据总线的测量和变送方式（选用FBM-185卡件），这种测量方式优点是节约了测量电缆的敷设量和项目投资。在机组安装调试过程中出现的问题是，汽机本体温度测点中，中压缸上下壁与内外壁温度出现了测量误差大的现象，当机组冷态汽态缸温达到90-110℃和250-300℃這两个区间时，上述四个点出现异常变化，测量温度由21-210℃和130-460℃大范围的变化，让运行人员无法监视，当温度超过115℃和305摄氏度后测量信号又稳定正常。检查测点与系统通讯均正常，更换卡件上述现象仍然存在，热控人员与设备厂家多方排查后发现，F185卡件底板的接地线未接好，导致信号干扰出现上述情况，重新连接接地线路后测量信号恢复正常。
3.2 控制系统硬件故障
为了消除接地不合理引入干扰信号，DCS系统机柜不允许直接与建筑物钢筋相连，专用接地极周围不得有大型电力设备接地极。接地均应遵循“一点接地”的要求，即整个接地系统最终只有一点接入“电气地”。但在实际工程中往往会出现不符合规程规定的情况。八钢热电A、B高炉TRT发电系统在调试期间，频繁出现操作员站“死机”现象，热控工作人员重启操作员站后工作正常，但运行不久后又会出现上述现象，经仔细检查后发现，操作作台及计算机主机外壳均带有60-90V感应电，操作台与配置底座无隔离，且操作员站计算机未配置接地线，这可能是操作员站“死机”的原因，在增加操台与底座隔离，并增加计算机外壳接地线后，上述现象消失。
4、结束语
完善、可靠、正确的接地，是DCS控制系统能够安全、可靠和良好运行的关键。随着科学技术的不断发展，热工控制技术也不断的更新，在生产实践中，必须熟练掌握接地的规范和要求，才能杜绝因接地而引发事故的发生，为企业长周期安全稳定运行提供可靠的保障。
参考文献：《工业控制工程中的抗干扰技术》徐义亨
摘 要：介绍了工业控制系统的方式及特点，对目前电厂DCS系统的接地方式进行了分析，同时对电厂由于控制系统接地不规范而产生的危害，进行了故障分析及说明。
关键词： 控制系统接地方式、DCS系统接地必要性及分类、接地故障及危害
0、引言
随着化工行业的迅速发展和自动化水平的提高，DCS控制系统已在国内石化、电力、医药等行业中得到广泛应用，这对保证企业的安全稳定生产起到了十分重要的作用，并取得了良好的效果。DCS控制系统接地是否合理、可靠，已成为DCS系统稳定运行的前提。DCS控制系统采用接地的目的，是为了防止供电系统或控制系统设备出现问题时，有效的接地系统能承受过载电流，并将其迅速释放到大地中。本文根据工业控制系统的接地方式及特点，并结合八钢电厂DCS控制系统接地故障进行分析，阐述控制系统可靠接地的必要性。
1、控制系统接地的方式：
从工业应用的角度来看，目前控制系统按照结构分为：单独接地、联合接地及共用接地网三种方式。
1.1、单独接地
这种接地方式是将控制系统的保护地接入电气安全接地网，工作地采用“独立的”、“干净的”接地装置与大地相接。由于一段电源保护接地的两点间会有数毫伏，甚至几伏的电位差，这对低电平信号电路来说，是一个非常严重的干扰，因此控制系统的工作地不宜和保护接地在柜内混用。
1.2、联合接地
这种接地方式是将控制系统在内的电子信息设备和其它电气系统的接地系统连接在一起，形成“联合接地”并一点接地，而且规定接地电阻不应大于1欧姆。
1.3、共用接地网
共用接地网是以等电位观点为主题思想的多点连接，即设备和装置外漏可导电部分的电位基本相等的电气连接。其中包括建筑物的结构钢筋、金属设备、管道等，进而和接地极相连。所谓多点是指建筑物基础钢筋、地下金属管道、埋地电缆的金属外皮都成为很好的接地极。
由于通过共用接地网实现等电位连接，为干扰（特别是强大的雷电流）提供低阻抗的连续通道并泄放到大地。由于等电位连接减少了系统内各金属部件和各系统间的电位差（但并非是真正的等电位体），无论是从防雷的角度或者是从减小控制系统共模干扰来看，这都是十分有益的。和单独接地、联合接地相比，采用共用接地网实现等电位连接具有一系列的优点，且有着无法比拟的优势，所以等电位接地方式应该是控制系统接地的首选方式。
2、DCS系统接地的必要性及分类
2.1 DCS系统接地的必要性
目前八钢热电DCS系统接地均采用“单独接地”方式，DCS系统接地是为了保证当进入DCS系统的信号、供电电源或DCS系统设备本身出现问题时，可靠的接地系统能承受过载电流并可以迅速将过载电流导入大地。接地系统能够为DCS提供屏蔽层，消除电子噪声干扰，并为整个控制系统提供公共信号参考点（即参考零电位）。当接地系统发生问题时（接地电阻过大，多点接地，接地线断线或接地线与高电压、大电流设备相接触等），会造成人员的触电伤害及设备的损坏，还会造成DCS系统经常“死机”（或不明原因的“死机”），大多是因为接地系统不良或存在问题所引起的。因此，完善、可靠、正确的接地，是DCS 系统能够安全、可靠和良好运行的关键。
2.2 DCS系统内接地的分类
在一般情况下，DCS控制系统需要两种接地：保护地和工作地（逻辑地、屏蔽地等）。对于装有安全栅防爆措施的系统如化工行业所用的系统，还要求有本安地。
（1） 保护地（cg，cabinet grounding）：cg是为了防止设备外壳的静电荷积累、避免造成人身伤害而采取的保护措施。DCS系统所有的操作员站、现场控制站、打印机、端子柜等均应接保护地。保护地应接至电气专业接地网，接地电阻小于4ω。
（2） 逻辑地：也叫机器逻辑地、主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5v等的电源输出地。如CPU的正负5伏、正负12伏的负端。需要接入公共接地极。
（3） 屏蔽地（ag，analog grounding）：ag也叫模拟地，它可以把现场信号传输时所受到的干扰屏蔽掉，以提高信号精度。DCS系统中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽接地。线缆屏蔽层必须一端接地，防止形成闭合回路干扰。铠装电缆的金属铠不应作为屏蔽保护接地，必须是铜丝网或镀铝屏蔽层接地。接入公共接地极。
（4） 本安地： 应独立设置接地系统，接地电阻≤4ω。本安地的接地系统应保持独立，与电气地网或其它仪表系统接地网的距离应在5m以上。
3、DCS控制系统接地故障导致的危害
3.1 测量数据误差
八钢热电采用和利时公司MACS5控制系统，在汽机与锅炉DAS控制单元中，部分测点选用数据总线的测量和变送方式（选用FBM-185卡件），这种测量方式优点是节约了测量电缆的敷设量和项目投资。在机组安装调试过程中出现的问题是，汽机本体温度测点中，中压缸上下壁与内外壁温度出现了测量误差大的现象，当机组冷态汽态缸温达到90-110℃和250-300℃這两个区间时，上述四个点出现异常变化，测量温度由21-210℃和130-460℃大范围的变化，让运行人员无法监视，当温度超过115℃和305摄氏度后测量信号又稳定正常。检查测点与系统通讯均正常，更换卡件上述现象仍然存在，热控人员与设备厂家多方排查后发现，F185卡件底板的接地线未接好，导致信号干扰出现上述情况，重新连接接地线路后测量信号恢复正常。
3.2 控制系统硬件故障
为了消除接地不合理引入干扰信号，DCS系统机柜不允许直接与建筑物钢筋相连，专用接地极周围不得有大型电力设备接地极。接地均应遵循“一点接地”的要求，即整个接地系统最终只有一点接入“电气地”。但在实际工程中往往会出现不符合规程规定的情况。八钢热电A、B高炉TRT发电系统在调试期间，频繁出现操作员站“死机”现象，热控工作人员重启操作员站后工作正常，但运行不久后又会出现上述现象，经仔细检查后发现，操作作台及计算机主机外壳均带有60-90V感应电，操作台与配置底座无隔离，且操作员站计算机未配置接地线，这可能是操作员站“死机”的原因，在增加操台与底座隔离，并增加计算机外壳接地线后，上述现象消失。
4、结束语
完善、可靠、正确的接地，是DCS控制系统能够安全、可靠和良好运行的关键。随着科学技术的不断发展，热工控制技术也不断的更新，在生产实践中，必须熟练掌握接地的规范和要求，才能杜绝因接地而引发事故的发生，为企业长周期安全稳定运行提供可靠的保障。
参考文献：《工业控制工程中的抗干扰技术》徐义亨