DCS接地教程.ppt

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1、2交流电源的供电方式交流电源的供电方式 v 系统正常运行时，专用保护线上不有电流，只是工作零线上有不平衡电流。 PE 线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线 PE 上，安全可靠。 v 工作零线只用作单相照明负载回路。v 专用保护线 PE 不许断线，也不许进入漏电开关。 v PE线与N线分开，PE线非故障时不流过电流，外露可电导部分不带电压，比较安全，但多一根导线；v PE线在系统内传导故障电压。v 使用场所：防电击要求高，爆炸和有火灾危险场所，建筑物内装有大量信息技术设备。3 合理敷设电合理敷设电 缆缆 、减少电磁干扰、减少电磁干扰 电缆的合理布设可以有效地减少电缆的合

2、理布设可以有效地减少外部环境对信号的干扰以及各种电外部环境对信号的干扰以及各种电缆之间的相互干扰，并也可以避免缆之间的相互干扰，并也可以避免雷电等自然现象的破坏，从而提高雷电等自然现象的破坏，从而提高系统运行的稳定性。系统运行的稳定性。4类信号：热电阻信号、热电偶信号、毫伏：热电阻信号、热电偶信号、毫伏信号、应变信号等低电平信号。信号、应变信号等低电平信号。类信号：0 0- -5V5V、1 1- -5V5V、4 4- -20mA20mA、0 0- -10mA10mA模模拟量输入信号；拟量输入信号；4 4- -20mA20mA、0 0- -10mA10mA模拟量输出模拟量输出信号；电平型开关量输

3、入信号；触点型开关信号；电平型开关量输入信号；触点型开关量输入信号；脉冲量输入信号；量输入信号；脉冲量输入信号；24VDC24VDC小于小于50mA50mA的阻性负载开关量输出信号。的阻性负载开关量输出信号。类信号：24V24V- -48VDC48VDC感性负载或者电流大于感性负载或者电流大于50mA50mA的阻性负载的开关量输出信号。的阻性负载的开关量输出信号。类信号：110VAC110VAC或或220VAC220VAC开关量输出信号开关量输出信号，此类信号可视作电源线处理来布线，此类信号可视作电源线处理来布线5 其中，其中，类信号很容易被干扰，类信号很容易被干扰，类信号容易类信号容易被干扰

4、，而被干扰，而和和类信号在开关动作瞬间会成类信号在开关动作瞬间会成为强烈的干扰源，通过空间环境干扰附近的信为强烈的干扰源，通过空间环境干扰附近的信号线。号线。 为了叙述方便，我们把为了叙述方便，我们把 、类信号电缆统称为类信号电缆统称为信号电缆； 把把、类信号电缆和现场电源电缆统称为类信号电缆和现场电源电缆统称为电源电缆。 6 绝对禁止大功率的开关量输出信号线、电源线、动力绝对禁止大功率的开关量输出信号线、电源线、动力线等电缆与直接进入系统的线等电缆与直接进入系统的、类信号电缆并行捆类信号电缆并行捆绑。绑。 绝对禁止采用一根多芯电缆中的部份芯线用于传输绝对禁止采用一根多芯电缆中的部份芯线用于传

5、输类或类或类的信号，另外部分芯线用于传输类的信号，另外部分芯线用于传输类或类或类类信号。信号。 严禁同一信号的几芯线分布在不同的几条电缆中（如严禁同一信号的几芯线分布在不同的几条电缆中（如三线制的热电阻）。三线制的热电阻）。 因此，在现场电缆敷设中，我们必须有效地分离因此，在现场电缆敷设中，我们必须有效地分离、类信号电缆、电源线等易产生干扰的电缆，使其类信号电缆、电源线等易产生干扰的电缆，使其与现场布设的与现场布设的、类信号的电缆保持在一定的安全类信号的电缆保持在一定的安全距离（如距离（如15cm15cm）以上。）以上。 7 当信号电缆和电源电缆垂直方向或水平方向分离安装当信号电缆和电源电缆垂

6、直方向或水平方向分离安装时，信号电缆和电源电缆之间的间距应大于时，信号电缆和电源电缆之间的间距应大于15cm15cm，参，参见图。见图。 15cm以上信号电缆电缆架15cm以上信号电源 合理敷设电合理敷设电 缆缆 、减少电磁干扰、减少电磁干扰8 如果信号电缆和电源电缆之间的间距小于如果信号电缆和电源电缆之间的间距小于15cm15cm时，必时，必须在信号电缆和电源电缆之间设置屏蔽用的金属隔板须在信号电缆和电源电缆之间设置屏蔽用的金属隔板，并将隔板接地。详见图。，并将隔板接地。详见图。接地（10以下）信号电源隔板 合理敷设电合理敷设电 缆缆 、减少电磁干扰、减少电磁干扰9 在两组电缆垂直相交时，若

7、电源电缆不带屏蔽层如图在两组电缆垂直相交时，若电源电缆不带屏蔽层如图中虚线所示，最好用厚度在中虚线所示，最好用厚度在1.6mm1.6mm以上的铁板覆盖交叉以上的铁板覆盖交叉部分。详见图部分。详见图4 4。信号电缆1.6mm厚电源电缆 合理敷设电合理敷设电 缆缆 、减少电磁干扰、减少电磁干扰10接地设计准则接地设计准则11DCS系统接地的基本要求系统接地的基本要求DCS系统的可靠接地，是保证电厂系统的可靠接地，是保证电厂DCS安全，可靠运行的首要条安全，可靠运行的首要条件。件。 DCS合理、可靠的系统接地，是合理、可靠的系统接地，是DCS 系统非常重要的内容。系统非常重要的内容。为了保证为了保证

8、DCS 系统的监测控制精度和安全、可靠运行，必须对系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。计、接地箱布置等方面，进行认真设计和统筹考虑。 DCS系统接地的基本要求系统接地的基本要求DCS系统接地是为了保证当进入系统接地是为了保证当进入DCS系统的信号、供电电源或系统的信号、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

9、为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（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，会造成人员的触电伤害及设备的损坏，据了解，有些电厂造成人员的触电伤害及设备的损坏，据了解，有些电厂DCS系统系统经常经常“死机死机” (或不明原因的或不明原因的“死机死机”)，大多是因为接地系统

10、不，大多是因为接地系统不良或存在问题所引起的。良或存在问题所引起的。 因此，完善、可靠、正确的接地，是因此，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。系统能够安全、可靠和良好运行的关键。 12DCS接地分类接地分类l在一般情况下，在一般情况下，DCS控制系统需要两种接地：保护地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。措施的系统如化工行业所用的系统，还要求有本安地。l保护地（保护地（CG，Cabinet Grounding） 是为了防止设

11、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。措施。DCS系统所有的操作员机柜、现场控制站机柜、系统所有的操作员机柜、现场控制站机柜、打印机、端子柜等均应接保护地。保护地应接至厂区电打印机、端子柜等均应接保护地。保护地应接至厂区电气专业接地网，接地电阻小于气专业接地网，接地电阻小于4。l逻辑地：也叫机器逻辑地、主机电源地，是计算机内逻辑地：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，也是部的逻辑电平负端公共地，也是+5V等的电源输出地。等的电源输出地。如如CPU的正负的正负5伏、正负伏、正负12伏的负端。需要

12、接入公共接伏的负端。需要接入公共接地极。地极。13DCS接地分类接地分类l屏蔽地（屏蔽地（AG，Analog Grounding） 也叫模拟地，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。提高信号精度。DCS系统中信号电缆的屏蔽层应做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，必须是铜丝网或镀铝屏蔽层接地。接入公共接地极

13、。接地极。l本安地本安地 应独立设置接地系统，接地电阻应独立设置接地系统，接地电阻4。本。本安地的接地系统应保持独立，与厂区电气地网或其安地的接地系统应保持独立，与厂区电气地网或其它仪表系统接地网的距离应在它仪表系统接地网的距离应在5m以上。以上。 14设设DCS专用接地网，经接地线、再接至电气接地网：专用接地网，经接地线、再接至电气接地网：过去，计算机或过去，计算机或DCS系统曾经较多的采用过专用的接地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资高，电缆及接地网

14、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因不易在厂房内找到合适的位置)，管理、维护、测量及，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，设置专用的际运行表明，设置专用的DCS接地网是既困难又不安全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，不少电厂据调查，不少电厂DCS后来改用电气接地网接地，取得后来改用电气接地网接地，取得了良好的效果。了良好的效果。15对公共接地极（网）的要求对公共接地极（网）的要求l当厂区电

15、气接地网对地分布电阻当厂区电气接地网对地分布电阻4时，可将厂区电气接时，可将厂区电气接地网当着地网当着DCS系统的公共接地极（网）。系统的公共接地极（网）。l当厂区电气接地网接地电阻较大或杂乱时，应独立设置接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，即为地系统，即为DCS系统的公共接地极（网）。系统的公共接地极（网）。l没有本安地接入的公共接地极（网）的对地分布电阻小于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；有本安地的小于欧姆；有本安地的小于1欧姆。接地总干线的线路阻抗小欧姆。接地总干线的线路阻抗小于于0.1欧姆。欧姆。l接地极周围接地极周围15米内无避雷地的

16、接入点，米内无避雷地的接入点，8米内无米内无 30KV 以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时，防雷保护地通过避雷器/冲击波抑制器与公共接地极的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，二者应距离起，二者应距离10米以上。米以上。 16DCS系统设置的接地装置系统设置的接地装置l操作台、打印台、服务器柜：设有保护地螺钉。操作台、打印台、服务器柜：设有保护地螺钉。l继电器柜、继电器柜、UPS柜、配电柜：设有保护

17、地螺钉。柜、配电柜：设有保护地螺钉。lDCS的的I/O机柜：设有屏蔽接地汇流排，保护地机柜：设有屏蔽接地汇流排，保护地螺钉。系统地螺钉。系统地(+24V地地)悬浮。悬浮。l仪表柜、手操盘台：设有屏蔽地接地汇流排，保仪表柜、手操盘台：设有屏蔽地接地汇流排，保护地螺钉。护地螺钉。l安全栅柜：设有屏蔽地接地汇流排，本安地接地安全栅柜：设有屏蔽地接地汇流排，本安地接地汇流排，保护地螺钉。汇流排，保护地螺钉。 17信号屏蔽及其接地信号屏蔽及其接地根据有关技术规定要求，计算机或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：浮

18、空，必须接地，其接地方式应符合下列规定： 当信号源浮空时，屏蔽层应在计算机侧接地；当信号源浮空时，屏蔽层应在计算机侧接地； 当信号源接地时，屏蔽层应在信号源侧接地；当信号源接地时，屏蔽层应在信号源侧接地； 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，另一端宜接共模地地(当信号源接地时，接信号地。当信号源浮空时接现场地当信号源接地时，接信号地。当信号源浮空时接现场地)。 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。缆的屏蔽层连接。 DCS系统信号电缆的选择与敷

19、设，应严格按照有关规定执行。屏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 系统的抗干系统的抗干扰能力，扰能力，DCS系统开关量输入系统开关量输入/输出信号，选用阻燃型对绞铜网屏蔽输出信号，选用阻燃型对绞铜网屏蔽计算机电缆还是比较恰当的。计算机电缆还是比较恰当的。 18DCS系统设置的接地装置系统设置的接地装置DCS系统设备之间的连接一般是网络（通讯）线，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，

20、分散直径在同的控制室，分散直径在500米的范围内，各站点间米的范围内，各站点间使用多模光纤或使用多模光纤或5类双绞线或类双绞线或DP屏蔽双绞线等连接。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使用光纤连接的站点：各站点内的接地方法同集中布置的同集中布置的DCS设备。设备。使用使用5类双绞线或类双绞线或DP屏蔽双绞线连接的站点：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。共接地极看过去，整个接地网络

21、是一个星型结构。19DCS系统设置的接地装置系统设置的接地装置 使用使用5类双绞线或类双绞线或DP屏蔽双绞线两头通过屏蔽双绞线两头通过网络浪涌保护设备（信号避雷器、通流量不小于网络浪涌保护设备（信号避雷器、通流量不小于5KA）与）与DCS的的SWITCH、HUB、REPEAT、或、或其他网络设备相连。两边的站点有各自的公共接其他网络设备相连。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同集中布置的DCS设备。设备。5类双绞线或类双绞线或DP屏蔽双屏蔽双绞线必须穿镀锌钢管或金属桥架敷设，钢管或桥绞线必须穿镀锌钢管或金属桥

22、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边地电位差过大时，信号避雷器可以保护两边的设备。设备。 20DCS设备接地安装设备接地安装l接地体：为钉入地下的良导体，由接接地体：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，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。

23、当接地网系统接地电阻的要求。当接地网干线与接地体采用搭接焊时，其搭接长干线与接地体采用搭接焊时，其搭接长度必须为扁钢宽度的度必须为扁钢宽度的2倍或圆钢直径的倍或圆钢直径的6倍。倍。21接地是抑制干扰最主要措施接地是抑制干扰最主要措施 逻辑地或信号回路地悬浮于机柜（安全地），机柜良好接地，既能抗干扰，又较安逻辑地或信号回路地悬浮于机柜（安全地），机柜良好接地，既能抗干扰，又较安全。也可以通过全。也可以通过24uF24uF的电容在一点接到安全地上，以消除交变干扰信号。的电容在一点接到安全地上，以消除交变干扰信号。 信号地可以浮空或通过电容接地接电器的PE端，电阻4欧接电器的PE或单独接地，电阻1欧

24、地桩接地体一般为46根2.22.3m长45X45X5角钢，以12m间距打入地面2m深左右，然后用扁钢连成三角形或矩形，焊上接地线，要求接地电阻4欧2223 DCS系统接地降低土壤电阻率的方法系统接地降低土壤电阻率的方法l改变接地体周围的土壤结构。在接地体周围的土壤改变接地体周围的土壤结构。在接地体周围的土壤23m范围内，掺入不容于水的、有良好吸水性的物质，如范围内，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原来的1/51/10。l用食盐、木炭降低土壤电阻率用食盐、木炭分层夯实。用食盐、木炭降低土壤

25、电阻率用食盐、木炭分层夯实。木炭和细掺匀为一层，约木炭和细掺匀为一层，约1015cm厚，再铺厚，再铺23cm的的食盐，共食盐，共58层。铺好后打入接地体。此法可使电阻率层。铺好后打入接地体。此法可使电阻率降至原来的降至原来的1/31/5。但食盐日久会随流水流失，一般。但食盐日久会随流水流失，一般超过两年就要补充一次。超过两年就要补充一次。l用长效化学降阻剂。用长效化学降阻剂方法可使土壤用长效化学降阻剂。用长效化学降阻剂方法可使土壤电阻率降至原来的电阻率降至原来的40%。 24接地体与接地网干线的材料要求接地体与接地网干线的材料要求l接地体和接地网干线所用钢材规格可按下表选用，接地体和接地网干线

26、所用钢材规格可按下表选用，若接地电阻满足不了要求时，也可选用铜材。如果接若接地电阻满足不了要求时，也可选用铜材。如果接地体和接地网干线安装在腐蚀性较强的场所，应根据地体和接地网干线安装在腐蚀性较强的场所，应根据腐蚀的性质采取热镀锌、热镀锡等防腐措施或适当加腐蚀的性质采取热镀锌、热镀锡等防腐措施或适当加大截面大截面lDCS系统的保护地和屏蔽地连线应使用铜芯绝缘电系统的保护地和屏蔽地连线应使用铜芯绝缘电线或电缆连接到厂区电气专用接地网或接地体上。小线或电缆连接到厂区电气专用接地网或接地体上。小表列出各类接地电缆可选用的规格。当接地连线距离表列出各类接地电缆可选用的规格。当接地连线距离较长、较长、D

27、CS系统对接地电阻要求较高或接地干线分接系统对接地电阻要求较高或接地干线分接的支线数量较多时，宜选用表中截面较大的电线电缆。的支线数量较多时，宜选用表中截面较大的电线电缆。 25现场接地常用注意事项现场接地常用注意事项l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，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。处理。即分别接至现场控制站接地汇流排上。I/O柜的电源地柜的电源地与与UPS的电源地必须接至同一个地，保证等电位。的电源地必

28、须接至同一个地，保证等电位。l现场控制站：操作员站、工程师站、网络交换机、服务器主现场控制站：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。接地网。l I/O模件：模拟量模件的模件：模拟量模件的40端即直流端即直流24伏的负端接至逻辑地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。汇流排上，逻辑地汇流排接至屏蔽地，再接入总接地汇流排。l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线, 现场控制站的屏蔽地应从接地汇流排接至公共连接板。现场控制站的屏蔽地应从接地汇流排接至公共连接板。l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。制造商的要求。