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摘要：DCS系统的可靠接地，是保证石油化工公司DCS安全、可靠运行的首要条件。本人根据对中石油哈尔滨石化公司的一些系统设计、现场经验，对DCS系统的接地，进行了探讨和简要介绍。
关键词：DCS系统 可靠接地 系统设计
前言
随着石油化工工业的迅速发展和工业自动化水平的提高，分散控制系统(DCS)已在国内各石油炼化公司中得到广泛应用，这对保证石化公司的安全、经济和文明运行起到了十分重要的作用，并取得了良好的效果。
DCS合理、可靠的系统接地，是DCS系统非常重要的内容。为了保证DCS系统的监测控制精度和安全、可靠运行，必须对系统接地方式、接地要求、信号屏蔽、接地线截面选择、接地极设计、接地箱布置等方面，进行认真设计和统筹考虑。本文根据DCS系统的设计规范要求，对DCS系统接地进行讨论和简要的介绍，以供大家在DCS系统设计、安装、维护中参考。
1 DCS系统接地的基本要求
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，有效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，据了解，有些石化公司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。
1.1 DCS接地分类在一般情况下，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。
1.2 DCS系统接地方式DCS系统一般接地方式
1.2.1 利用电气接地网作为DCS接地网，即与电气接地网共地；
1.2.2 设DCS系统专用独立的接地网；
1.2.3 设DCS专用接地网，经接地线、再接至电气接地网；
由于第三种接地方式与第二种接地方式有较多相同处，过去，计算机或DCS系统曾经较多的采用过专用的接地网。但这种接地方式存在的缺点是：占地面积太大，投资高，电缆及接地网钢材耗量大，距厂房有相当的距离(因不易在厂房内找到合适的位置)，管理、维护、测量及查找接地极和接地线不方便，且效果不甚良好。根据实际运行表明，设置专用的DCS接地网是既困难又不安全的。如某电厂曾因接地问题，造成机组跳闸数十次。根据调查，不少电厂DCS后来改用电气接地网接地，取得了良好的效果。
1.3 对公共接地极(网)的要求
1.3.1 当厂区电气接地网对地分布电阻≤4Q时，可将厂区电气接地网当着DCS系统的公共接地极(网)。
1.3.2 当厂区电气接地网接地电阻较大或杂乱时，应独立设置接地系统，即为DCS系统的公共接地极(网)。
1.3. 3没有本安地接入的公共接地极(网)的对地分布电阻小于4欧姆；有本安地的小于1欧姆。接地总干线的线路阻抗小于0.1欧姆。
1.3.4 接地极周围15米内无避雷地的接入点，8米内无30KW以上的高低压用电设备外壳的接入点。当现场无法满足该条件时，防雷保护地通过避雷器，冲击波抑制器与公共接地极的主干线相连。电焊地切勿与公共接地极及其接地网搭接在一起，二者应距离10米以上。
2 DCS系统的接地原则
2.1 DCS系统设置的接地装置
2.2.1 操作台、打印台、服务器柜：设有保护地螺钉。
2.2.2 继电器柜、UPS柜、配电柜：设有保护地螺釘。
2.2.3 DCS的I／O机柜：设有屏蔽接地汇流排，保护地螺钉。系统地(+24V地)悬浮。
2.2.4 仪表柜、手操盘台：设有屏蔽地接地汇流排，保护地螺钉。
2.2.5 安全栅柜：设有屏蔽地接地汇流排，本安地接地汇流排，保护地螺钉。
2.2 信号屏蔽及其接地
2.2.1 根据有关技术规定要求，计算机或DCS系统信号电缆的屏蔽层不得浮空，必须接地，其接地方式应符合下列规定；
2.2.1.1 当信号源浮空时，屏蔽层应在计算机侧接地；
2.2.1.2 当信号源接地时，屏蔽层应在信号源侧接地；
2.2.1.3 当放大器浮空时，屏蔽层的一端与屏蔽罩相连，另一端宜接共模地《当信号源接地时，接信号地。当信号源浮空时接现场地)。
2.2.1.4 当屏蔽电缆途经接线盒分断或合并时，应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接。
2.2.2 DCS系统信号电缆的选择与敷设，应严格按照有关规定执行。屏蔽电缆的屏蔽层应按以上要求进行接地。为了提高DCS系统的抗干扰能力，DCS系统开关量输入／输出信号，选用阻燃型对绞铜网屏蔽计算机电缆还是比较恰当的。
3 DCS系统的接地方法
分散布置DCS系统设备之间的连接一般是网络(通讯)线，例如：现场控制站分散到现场，而操作员站位于不同的控制室，分散直径在500米的范围内，各站点间使用多模光纤或5类双绞线或DP屏蔽双绞线等连接。使用光纤连接的站点：各站点内的接地方法同集中布置的DCS设备。
使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线连接的站点：
控制室的各类地线先连接到公共连接板，公共连接板通过接地总干线与公共接地极相连。从公共接地极看过去，整个接地网络是一个星型结构。
使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线两头通过网络浪涌保护设备(信号避雷器、通流量不小于5KA)与DCS的SWITCH、HUB、REPEAT、或其他网络设备相连。两边的站点有各自的公共接地极，二者不必有金属连接，各站点的接地方法同集中布置的DCS设备。5类双绞线或DP屏蔽双绞线必须穿镀锌钢管或金属桥架敷设，钢管或桥架必须可靠接地。当雷击，或者电气事故造成两边地电位差过大时，信号避雷器可以保护两边的设备。
3.1 DCS设备接地安装
3.1.1 接地体：为钉入地下的良导体，由接地总干线传来的电流通过接地体导入大地。接地体与接地总干线之间采用铜焊，焊接后应做防腐处理。可用接地网干线把多个接地体连接成网，接地网应满足DCS系统接地电阻的要求。
3.2 DCS系统接地降低土壤电阻率的方法
3.2.1 改变接地体周围的土壤结构。在接地体周围的土壤2～3m范围内，掺入不容于水的、有良好吸水性的物质，如木炭、焦碳煤渣或矿渣等，该法可使土壤电阻率降低到原来的1／5～1／10。
3.2.2 用食盐、木炭降低土壤电阻率用食盐、木炭分层夯实。木炭和细掺匀为一层，约10～15cm厚，再铺2～3cm的食盐，共5～8层。铺好后打入接地体。此法可使电阻率降至原来的1／3～1／5。但食盐日久会随流水流失，一般超过两年就要补充一次。
3.2.3 用长效化学降阻剂。用长效化学降阻剂方法可使土壤电阻率降至原来的40％。
4 现场接地常用注意事项
4.1 现场控制站：接地螺丝因机柜本体与底座间有胶皮形成绝缘，屏蔽地汇流排与底座间绝缘，现场控制站必须按规定做好接地处理。即分别接至现场控制站接地汇流排上。I／O柜的电源地与UPS的电源地必须接至同一个地，保证等电位。
4.2 现场控制站：操作员站、工程师站、网络交换机、服务器主机、系统显示器等采用外壳接地或直接将电源地线连接至电气接地网。
4.3 I／O模件：模拟量模件的40端即直流24伏的负端接至逻辑地汇流排上，逻辑地汇流排接至屏蔽地，再接入总接地汇流排。
4.4 现场控制站的保护地应从机柜下方的接地螺钉接至接地分干线，现场控制站的屏蔽地应从接地汇流排接至公共连接板。
4.5 接地系统的电阻必须进行测试，以保证接地能满足控制系统制造商的要求。
5 结束语
通过在DCS系统维护中的实践，分析DCS的软件系统，认为作好足够的预防措施对系统的稳定性起了很大的作用，可以使DCS的安全性得到提高，使生产的损失减到最少。
关键词：DCS系统 可靠接地 系统设计
前言
随着石油化工工业的迅速发展和工业自动化水平的提高，分散控制系统(DCS)已在国内各石油炼化公司中得到广泛应用，这对保证石化公司的安全、经济和文明运行起到了十分重要的作用，并取得了良好的效果。
DCS合理、可靠的系统接地，是DCS系统非常重要的内容。为了保证DCS系统的监测控制精度和安全、可靠运行，必须对系统接地方式、接地要求、信号屏蔽、接地线截面选择、接地极设计、接地箱布置等方面，进行认真设计和统筹考虑。本文根据DCS系统的设计规范要求，对DCS系统接地进行讨论和简要的介绍，以供大家在DCS系统设计、安装、维护中参考。
1 DCS系统接地的基本要求
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，有效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，据了解，有些石化公司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。
1.1 DCS接地分类在一般情况下，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。
1.2 DCS系统接地方式DCS系统一般接地方式
1.2.1 利用电气接地网作为DCS接地网，即与电气接地网共地；
1.2.2 设DCS系统专用独立的接地网；
1.2.3 设DCS专用接地网，经接地线、再接至电气接地网；
由于第三种接地方式与第二种接地方式有较多相同处，过去，计算机或DCS系统曾经较多的采用过专用的接地网。但这种接地方式存在的缺点是：占地面积太大，投资高，电缆及接地网钢材耗量大，距厂房有相当的距离(因不易在厂房内找到合适的位置)，管理、维护、测量及查找接地极和接地线不方便，且效果不甚良好。根据实际运行表明，设置专用的DCS接地网是既困难又不安全的。如某电厂曾因接地问题，造成机组跳闸数十次。根据调查，不少电厂DCS后来改用电气接地网接地，取得了良好的效果。
1.3 对公共接地极(网)的要求
1.3.1 当厂区电气接地网对地分布电阻≤4Q时，可将厂区电气接地网当着DCS系统的公共接地极(网)。
1.3.2 当厂区电气接地网接地电阻较大或杂乱时，应独立设置接地系统，即为DCS系统的公共接地极(网)。
1.3. 3没有本安地接入的公共接地极(网)的对地分布电阻小于4欧姆；有本安地的小于1欧姆。接地总干线的线路阻抗小于0.1欧姆。
1.3.4 接地极周围15米内无避雷地的接入点，8米内无30KW以上的高低压用电设备外壳的接入点。当现场无法满足该条件时，防雷保护地通过避雷器，冲击波抑制器与公共接地极的主干线相连。电焊地切勿与公共接地极及其接地网搭接在一起，二者应距离10米以上。
2 DCS系统的接地原则
2.1 DCS系统设置的接地装置
2.2.1 操作台、打印台、服务器柜：设有保护地螺钉。
2.2.2 继电器柜、UPS柜、配电柜：设有保护地螺釘。
2.2.3 DCS的I／O机柜：设有屏蔽接地汇流排，保护地螺钉。系统地(+24V地)悬浮。
2.2.4 仪表柜、手操盘台：设有屏蔽地接地汇流排，保护地螺钉。
2.2.5 安全栅柜：设有屏蔽地接地汇流排，本安地接地汇流排，保护地螺钉。
2.2 信号屏蔽及其接地
2.2.1 根据有关技术规定要求，计算机或DCS系统信号电缆的屏蔽层不得浮空，必须接地，其接地方式应符合下列规定；
2.2.1.1 当信号源浮空时，屏蔽层应在计算机侧接地；
2.2.1.2 当信号源接地时，屏蔽层应在信号源侧接地；
2.2.1.3 当放大器浮空时，屏蔽层的一端与屏蔽罩相连，另一端宜接共模地《当信号源接地时，接信号地。当信号源浮空时接现场地)。
2.2.1.4 当屏蔽电缆途经接线盒分断或合并时，应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接。
2.2.2 DCS系统信号电缆的选择与敷设，应严格按照有关规定执行。屏蔽电缆的屏蔽层应按以上要求进行接地。为了提高DCS系统的抗干扰能力，DCS系统开关量输入／输出信号，选用阻燃型对绞铜网屏蔽计算机电缆还是比较恰当的。
3 DCS系统的接地方法
分散布置DCS系统设备之间的连接一般是网络(通讯)线，例如：现场控制站分散到现场，而操作员站位于不同的控制室，分散直径在500米的范围内，各站点间使用多模光纤或5类双绞线或DP屏蔽双绞线等连接。使用光纤连接的站点：各站点内的接地方法同集中布置的DCS设备。
使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线连接的站点：
控制室的各类地线先连接到公共连接板，公共连接板通过接地总干线与公共接地极相连。从公共接地极看过去，整个接地网络是一个星型结构。
使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线两头通过网络浪涌保护设备(信号避雷器、通流量不小于5KA)与DCS的SWITCH、HUB、REPEAT、或其他网络设备相连。两边的站点有各自的公共接地极，二者不必有金属连接，各站点的接地方法同集中布置的DCS设备。5类双绞线或DP屏蔽双绞线必须穿镀锌钢管或金属桥架敷设，钢管或桥架必须可靠接地。当雷击，或者电气事故造成两边地电位差过大时，信号避雷器可以保护两边的设备。
3.1 DCS设备接地安装
3.1.1 接地体：为钉入地下的良导体，由接地总干线传来的电流通过接地体导入大地。接地体与接地总干线之间采用铜焊，焊接后应做防腐处理。可用接地网干线把多个接地体连接成网，接地网应满足DCS系统接地电阻的要求。
3.2 DCS系统接地降低土壤电阻率的方法
3.2.1 改变接地体周围的土壤结构。在接地体周围的土壤2～3m范围内，掺入不容于水的、有良好吸水性的物质，如木炭、焦碳煤渣或矿渣等，该法可使土壤电阻率降低到原来的1／5～1／10。
3.2.2 用食盐、木炭降低土壤电阻率用食盐、木炭分层夯实。木炭和细掺匀为一层，约10～15cm厚，再铺2～3cm的食盐，共5～8层。铺好后打入接地体。此法可使电阻率降至原来的1／3～1／5。但食盐日久会随流水流失，一般超过两年就要补充一次。
3.2.3 用长效化学降阻剂。用长效化学降阻剂方法可使土壤电阻率降至原来的40％。
4 现场接地常用注意事项
4.1 现场控制站：接地螺丝因机柜本体与底座间有胶皮形成绝缘，屏蔽地汇流排与底座间绝缘，现场控制站必须按规定做好接地处理。即分别接至现场控制站接地汇流排上。I／O柜的电源地与UPS的电源地必须接至同一个地，保证等电位。
4.2 现场控制站：操作员站、工程师站、网络交换机、服务器主机、系统显示器等采用外壳接地或直接将电源地线连接至电气接地网。
4.3 I／O模件：模拟量模件的40端即直流24伏的负端接至逻辑地汇流排上，逻辑地汇流排接至屏蔽地，再接入总接地汇流排。
4.4 现场控制站的保护地应从机柜下方的接地螺钉接至接地分干线，现场控制站的屏蔽地应从接地汇流排接至公共连接板。
4.5 接地系统的电阻必须进行测试，以保证接地能满足控制系统制造商的要求。
5 结束语
通过在DCS系统维护中的实践，分析DCS的软件系统，认为作好足够的预防措施对系统的稳定性起了很大的作用，可以使DCS的安全性得到提高，使生产的损失减到最少。