摘 要：結(jié)合集散控制系統(tǒng)(DCS)的技術特點和要求，對控制系統(tǒng)關聯(lián)的各種信號的接地問題及電源配置連接問題進行了詳細闡述。

　　關鍵詞：DCS系統(tǒng),系統(tǒng)接地,系統(tǒng)電源安裝

　　引言

　　DCS系統(tǒng)由工程師站、操作員站、系統(tǒng)服務器、現(xiàn)場控制站、高級計算機站、管理網(wǎng)網(wǎng)管、通信控制站及網(wǎng)絡等做成，用以實現(xiàn)大、中型分布式控制及大型數(shù)據(jù)采集監(jiān)控功能的計算機系統(tǒng)。每一現(xiàn)場控制站內(nèi)的各I/O單元和主控單元通過控制網(wǎng)絡連接起來進行通信，各現(xiàn)場控制站、服務器、操作員站和工程師站等通過系統(tǒng)網(wǎng)絡和監(jiān)控我羅連接起來，構(gòu)成整個控制系統(tǒng)，合理準確的接地和電源供給是保證DCS系統(tǒng)運行安全可靠、系統(tǒng)網(wǎng)絡通訊暢通的重要前提，錯誤的不僅會引入干擾，嚴重時有可能會導致整個系統(tǒng)無法正常工作，因此本文將討論電源的合理安裝及其相關的接地問題，在總結(jié)多年來DCS系統(tǒng)的現(xiàn)場應用經(jīng)驗的基礎上，以杭州和利時公司的MACS集散控制系統(tǒng)為例，對控制系統(tǒng)相關的電源安裝和接地方法進行詳細的闡述。

　　一 系統(tǒng)接地

　　1 DCS系統(tǒng)接地要求

　　當進入DCS系統(tǒng)的信號、供電電源或DCS系統(tǒng)設備本身出現(xiàn)問題時，有效的接地系統(tǒng)可以迅速將過載電流導入大地，避免對人員的觸電傷害和設備的損壞。接地系統(tǒng)還能夠為I/O信號提供屏蔽，消除電子噪聲干擾，防止設備外殼帶電或者靜電積累，避免造成人員的觸電傷害及設備損壞。

　　在一般情況下，DCS控制系統(tǒng)需要三種接地：邏輯地、保護地和屏蔽地。

　　保護地(CG，Cabinet Grounding)是為了防止設備外殼的靜電荷積累、避免造成人身傷害而采取的保護措施。MACS系統(tǒng)所有的操作員機柜、現(xiàn)場控制站機柜、端子柜等均應接保護地。

　　邏輯地 即系統(tǒng)電源地，是為了DCS電子系統(tǒng)提供可靠性和準確性的參考點。

　　屏蔽地(AG，Analog Grounding)它可以把信號傳輸時所受到的電磁干擾屏蔽掉，以提高信號的質(zhì)量。進入DCS系統(tǒng)中I/O信號應做屏蔽接地。

　　DCS系統(tǒng)，一般把邏輯地和屏蔽地接在一起。

　　對于裝有安全柵防爆措施的系統(tǒng)如化工行業(yè)所用系統(tǒng)，還要求有本安地。本安地的接地系統(tǒng)應白癡獨立，與廠區(qū)電氣地網(wǎng)或其他儀表系統(tǒng)接地網(wǎng)的距離應在5m以上

　　接地電阻必須用專用的測量儀表進行測量，接地電阻的測試方法是

　　用手搖式接地電阻測量儀，此方法必須離線測量。測量時系統(tǒng)需斷電，將系統(tǒng)地線從機柜上拆下，接至儀器的測量端。另外還需打兩個測量用的接地樁，與系統(tǒng)接地體間隔30米一字排開。接地樁用導線連至測量儀。

　　使用潛行接地表。此方法可在線進行，但系統(tǒng)與地必須構(gòu)成回路?(不是在系統(tǒng)地的接地體上短路)。必要時可埋設一測量用的地樁，接至機柜的接地端，用后拆除。使用此方法注意不要在信號線和網(wǎng)線上測量，以免發(fā)生干擾。

　　如要求不嚴格，一般檢測一下，假設接地體處(地樁)的接地電阻為零，可從接地體處(地樁)引線接至DCS機柜，而引線的電阻可直接測出，測出的電阻減去引線電阻作為接地電阻。

　　2 接地系統(tǒng)設計的簡要規(guī)定

　　下面簡要介紹的儀表接地系統(tǒng)設計中對接地方法、接地網(wǎng)干線和接地連線的規(guī)定。

　　2.1接地體安裝

　　單獨接地體安裝，如圖2.1-1，圖中：

　　接地總干線 DCS系統(tǒng)通過公用連接板將各接地分干線匯總，并由公共連接板引出接地總干線，連接至接地體。公用連接板應采用銅板制作，并應設置在接地連接箱內(nèi)，與箱體絕緣。

　　接地體為釘入地下的良導體，由接地總干線傳來的電流通過接地體導入大地。接地體與接地總干線之間采用銅焊，焊接后應做防腐處理。

　　本安地必須獨立設置接地體。

　　可利用接地網(wǎng)干線把多個接地體連接成網(wǎng)。

　　當接地網(wǎng)干線與接地體采用搭接焊時，其搭接長度必須為扁鋼寬度的2倍或圓鋼直徑的6倍。如圖2.2-2為典型的多接地體安裝圖。

　　2.2 接地體與接地網(wǎng)干線的材料要求

　　接地體和接地網(wǎng)干線所用鋼材規(guī)格可按表2.2-1選用，若接地電阻滿足不了要求時，也可選用銅材。如果接地體和接地網(wǎng)干線安裝在腐蝕性較強的場所，應根據(jù)腐蝕的性質(zhì)采取熱鍍鋅、熱鍍錫等防腐措施或適當加大截面。

　　2.3 接地連線要求

　　MACS系統(tǒng)的保護地和屏蔽地連線應使用銅芯絕緣電線或電纜連接到廠區(qū)電氣專用接地網(wǎng)或接地體上。接地分干線宜選用絕緣銅芯線，截面不小于6mm²，接地總干線宜選用多股絕緣銅芯線，截面不小于16mm²。

　　3 DCS系統(tǒng)的接地方法

　　DCS系統(tǒng)保護地和屏蔽地一般單獨設置，當廠區(qū)電氣專業(yè)接地網(wǎng)接地電阻≦4Ω時，也可直接接當廠區(qū)電氣接地網(wǎng)，但是在接地連接處20米內(nèi)不能有強的電流輸入點。

　　接地線與現(xiàn)場機柜之間的連接，接地線與公用接地板之間的連線，接地總干線與公用連接板之間的連接，應采用銅質(zhì)螺栓緊固。為保證多股膠合線與螺紋端接觸良好，宜設置銅制鏟形接線片。

　　3.1操作臺的接地方法

　　操作臺接地的目的是消除操作站主機工作時產(chǎn)生的感應電壓，以維持操作臺主機的正常穩(wěn)定工作。另外當強電意外的接觸到操作臺柜體時，可以將電流迅速導入大地，避免對人員的觸電傷害。

　　給操作臺鋪設的接地線，一端從地線的公共連接板來，一端連接到操作臺柜體的螺釘上，如隔板的固定螺釘。

　　如果電源接線板上的接地端沒有和操作臺柜體相連，那么需要人為增加一根電纜將操作站主機機殼與柜體相連，電聯(lián)一端連接到操作臺柜體的螺釘上，一端固定在操作站主機機殼的螺釘上即可。

　　3.2 I/O控制柜接地方法

　　3.2.1總體接地原則

　　把整個系統(tǒng)盡量區(qū)分為“保護地”、“屏蔽地”，做到不混用。

　　兩種接地最終處匯入一點接地。

　　接地線連好之后，從I/O控制柜的接地螺釘處和屏蔽地匯流條處測量的接地電阻應小于4Ω。

　　3.2.2柜內(nèi)接地的連接

　　1)保護地的連接：

　　DCS設有專門的接地螺釘，各個現(xiàn)場控制柜的保護地之間可以通過銅導電纜(φ6以上)串聯(lián)在一起，最后介入公共連連接板。

　　接地電阻應小于4歐姆。

　　2)屏蔽地的連接：

　　屏蔽地通過柜內(nèi)各個分匯流排匯入總匯流排，再通過銅導電纜(φ6以上)單獨接至公共連連接板。現(xiàn)場信號的屏蔽層要求單端接到屏蔽地匯流排。通訊電纜屏蔽層也要與屏蔽地匯流排連接。

　　4DCS接地系統(tǒng)

　　按上述要求最終形成的MACS接地系統(tǒng)如圖4.1所示。

　　二 電源配置及連接

　　1電源要求

　　DCS系統(tǒng)實現(xiàn)對現(xiàn)場信號的實時監(jiān)測、記錄并對現(xiàn)場進行實時控制，要求系統(tǒng)的電源必須保證連續(xù)不間斷地供電。

　　系統(tǒng)對電源的基本要求如下：

　　電壓：單相220VAC+10%～220VAC-15%

　　頻率：50HZ±2HZ

　　潑形失真率：小于3%

　　2DCS系統(tǒng)交流電源輸入

　　DCS系統(tǒng)一般配備有電源配電柜，現(xiàn)場提供的兩路電源進入配電柜，一路由UPS來，另一路由廠區(qū)保安段來，經(jīng)過分配后，分別供給操作員和I/O控制站等。

　　對于操作員站，電源配電柜通過專用的電源冗余切換裝置為它供電。

　　對于服務器，由于它在系統(tǒng)運行中的重要地位，所以互為冗余運行的兩臺服務器分別由UPS和廠用電供電。

　　對于I/O控制柜，需要將UPS電源和廠用電分別送給互為冗余的兩個電源模塊，經(jīng)過冗余電源輸出的24VDC/48VDC供給主控單元或者I/O模塊使用，繼電器柜和ETS柜等可能使用朝陽電源為繼電器供電，其他電原理與I/O控制柜相同。

　　如果現(xiàn)場系統(tǒng)沒有配備電源配電柜或者現(xiàn)場不能提供雙路電源，那么為了保證DCS系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，應至少提供一路UPS電源。

　　最理想的DCS系統(tǒng)供電方式為：廠用一段來220VAC或380VAC經(jīng)過DCS系統(tǒng)專用的UPS后送入電源配電柜，廠用二段單獨引來的220VAC送入電源配電柜。經(jīng)過電源配電柜的切換裝置輸出的電源應以UPS電源為主，因為經(jīng)過逆變后220VAC電源質(zhì)量較好，有利于操作站等的穩(wěn)定運行。

　　3 DCS系統(tǒng)供電

　　3.1操作員站(工程師站)、服務器的供電

　　DCS系統(tǒng)專用操作臺出廠時一般都配備了電源接地板和空氣開關，由電源配電柜引過來的220VAC電源的直接接入空氣開關入口即可。電源接線板的地線以及公共連接板來的地線都應當連接到操作臺柜體的螺釘上，如隔板的固定螺釘。

　　采用主機柜安裝，每臺主機應當由電源配電柜單獨提供一路電源供電，電源一般通過連接線端子轉(zhuǎn)接。電源接線板的地線以及公共連接板來的地線都應當連接到操作臺柜體的螺釘上，如隔板的固定螺釘。

　　DCS系統(tǒng)的服務器一般暗轉(zhuǎn)在服務器柜內(nèi)，兩臺互為冗余的服務器分別由UPS電源和廠用電電源來供電，電源一般通過連接線端子轉(zhuǎn)接。電源接線板的地線以及公共連接板來的地線都應當連接到操作臺柜體的螺釘上，如隔板的固定螺釘。

　　3.2I/O控制機柜的供電

　　現(xiàn)場控制機柜(I/O控制站，繼電器柜。ETS柜等)需要兩路電源：UPS電源和廠用保安段電源。

　　對于I/O控制站，兩路電源分別接到機柜背面左上方的兩個空開入口即可，每個空開的兩路進線分別對應左(N)，右(L)。與電源同時送來的交流電源保護地，應連接在機柜的保護地螺釘上。

　　220VAC電源經(jīng)過空開后，接至主控機籠底板上的220VAC電源進線端子上，如圖3.2-1所示，圖中，L為火線，N為零線，E為保護地線。

　　220VAC電源接入主控機籠后，通過機籠底板為開關電源模塊供電，其中第一路220VAC電源為1N、3N、5N電源模塊供電，第二路220VAC電源為2N、4N、6N電源模塊供電，如圖3.2-2所示

　　參考文獻

　　[1] DCS系統(tǒng)接地應用探討 梅陟明 2006湖北電力

　　[2] DCS系統(tǒng)接地防護措施 劉曉峰 2007 電氣應用

　　[3] 杭州和利時DCS系統(tǒng)電源安裝王曉磊 杭州和利時2006