DCS接地系統探討

周 偉

（江蘇井神鹽化股份有限公司，江蘇 淮安 223200）

DCS接地系統探討

周 偉

（江蘇井神鹽化股份有限公司，江蘇 淮安 223200）

保證電廠DCS（分散控制系統）安全、可靠運行的重要條件之一就是DCS接地系統運轉正常，DCS接地系統不僅可以避免人身傷害，而且可以避免設備的損壞。因此對DCS接地進行全面設計，才能保證DCS的監測控制精度和各方面的正常運行。通過工作實踐和查閱有關資料了解，部分電廠調試和生產過程中發生DCS誤動事故、干擾引起的熱工系統異常甚至機組跳閘事件等都與系統接地有一定的關聯，多數是因為接地系統的問題所引起。因此，DCS接地系統安全、穩定運行、通信暢通非常重要。本文分析了DCS系統的接地類型和要求，并針對不良接地的預防提出看法。

DCS接地；不良接地；危害；維護

0 前言

隨著我國工業經濟的飛快發展，DCS（分散控制系統）已廣泛地應用在工業生產中。據多方位了解，很多發電廠中DCS系統經常會出現“死機”現象，這種“死機”現象多數的原因是因為接地系統不良或存在其他問題所引起的。為了避免DCS系統出現上述問題，保證DCS系統安全、正常的運行。本文針對某地電廠熱控DCS系統進行現場調研和分析，總結出一般性的DCS接地預防原則，便于技術人員在以后的實際工作中運用。

1 DCS系統接地概述及作用

1.1 DCS系統接地概述

DCS系統即分散控制系統，該系統以通信網絡為傳輸通道，通過過程級的監控及控制形成多級的信息技術系統，使得在控制上具有分散控制和集中管理的優點。在對DCS系統的設計過程中需要進行計算機、通信、控制等技術領域的整體安排。因為DCS系統所具有的優點在我國的電廠中具有廣泛的應用，實現DCS系統的可靠性可以保證電廠機組的良好運行。DCS系統接地是指將電路、元件單元以及信號參考點的等位點進行連接，其中影響接地系統穩定性的主要因素是接地電阻的阻值，通常情況下要求接地電阻的阻值在4 歐姆以下可以保證DCS系統進行必要的信號干擾。在接入適當的接地阻值之后，當DCS系統自身的輸入信號或供電電源發生故障時，接地保護就會將過載電流經電阻導入大地，防止因電流過大對設備造成損壞。在降低電子噪聲干擾方面，接地系統可以為DCS系統提供屏蔽層，并為整個系統提供零點公共參考點。當DCS系統接地發生如接地電阻阻值異常、接地線路斷線等故障時，就會造成機組設備損壞甚至對人身安全造成威脅，另外在電廠中監控信號發生不規則波動或是DCS系統多次發生死機也是由于接地系統發生故障造成的。

1.2 DCS系統接地的作用分析

對DCS系統進行不同方式的接地，所實現的功能也是有所區別的。當對DCS系統進行保護接地時，該接地系統主要是用來解決設備發生故障引起內部電路短路狀況的發生，避免電流過大給設備操作人員造成傷害。為了實現機器的邏輯正常工作，必須對主機的電源進行接地保證計算機內部的邏輯電平為負。在對信號回路進行接地時，通常情況下會對變送器和開關量信號的負端進行接地，以實現對噪聲的剔除。另外對模擬信號屏蔽層的接地也可以實現對干擾信號的抑制功能。

2 DCS系統接地問題分析

2.1 對DCS系統接地分類問題的分析

對于接地裝置實現功能的不同，可以將DCS系統接地分為保護性接地和工作性接地兩種。這兩種接地方式都是為了保證設備以及人身的安全。保護接地是指，進線電源絕緣損壞，導致電氣設備的金屬外殼很有可能帶上危險的相電壓，對其金屬外殼所采取接地的保護措施。而工作接地是指為了保證DCS的各種信號少受或不受外界的干擾，使DCS和與DCS相整合的儀器、儀表都能安全、可靠的運行，保證儀器、儀表能夠精確的測量和控制而采取的接地保護。工作接地包括機器邏輯地、保護地、屏蔽接地、信號回路接地，在石化和其他防爆系統中還包括本安接地。

（1）保護地既可以防止設備外殼靜電荷富積，也可以避免造成人身的意外傷害，保護地是最基本的保護措施之一。DCS中所有機柜都應接保護地。

（2）邏輯地也可稱為主機電源地或機器邏輯地。為的就是保證和控制系統內電路工作時有一個統一的電位，不會因零電位上下浮動而引起不必要的信號誤差，邏輯地主要保護的是基準電位，還可防止外界電磁場等干擾。

（3）屏蔽地又名模擬地。屏蔽地的主要目的就是提高信號的精確度，把現場的信號準確、無誤地進行傳輸，并防止外界的干擾。屏蔽層是金屬鎧的不應接地，如果是鍍鋁或銅絲網的一端應接地，且必需接入公共接地極。

（4）本安地是專門給配有本安回路中的安全柵專設的接地。本安系統的作用是保護危險現場一直處于安全的電流、電壓范圍之內。如出現短路現象本安地會將線上的電流控制在安全范圍，不會因過載而產生其他危險。如果高壓電信號加入了信號回路，由于二級管的作用也可以使電壓位處于安全的范圍之內。

2.2 DCS系統接地方式

（1） 利用原有的電氣接地網作為DCS接地網，與電氣接地網共地。

（2） 為DCS系統設立單獨的專用接地網。

（3） 為DCS設立專用接地網，經接地母線、再轉接至電氣接地網。

由于第三種接地方式與第二種接地方式有較多相同處，過去，計算機或DCS系統曾經較多的采用過單獨設置的專用接地網。但這種接地方式存在占地面積太大，投資高的缺點，且電纜及接地網鋼材耗量大，距廠房有相當的距離，管理、維護、測量及查找接地極和接地線不方便，效果不理想。因此，根據實際運行情況總結出，設置專用的DCS接地網是既困難又不安全的。如某電廠曾因接地問題，造成機組跳閘數十次。根據后期整改，改用電氣接地網接地，取得了良好的效果。

2.3 現場接地注意事項

（1）現場控制站:接地螺絲因機柜本體與底座間有膠皮形成絕緣，屏蔽地匯流排與底座間絕緣，因此，現場控制站必須按規定做好接地處理，即分別接至現場控制站接地匯流排上。I/O柜的電源地與UPS的電源地必須接至同一個地，保證等電位。

（2）現場控制站:操作員站、工程師站、網絡交換機、服務器主機、系統顯示器等采用外殼接地或直接將電源地線連接至電氣接地網。

（3）I/O模件:模擬量模件即直流24V的負端應接至邏輯地匯流排上，邏輯地匯流排接至屏蔽地，再接入總接地匯流排。

（4）現場控制站的保護地應從機柜下方的接地螺釘接至接地分干線，現場控制站的屏蔽地應從接地匯流排接至公共連接板。

（5）接地系統的電阻必須進行測試，以保證接地能滿足控制系統制造商的要求。

3 DCS系統接地原則問題的分析

3.1 在對DCS系統進行接地處理時，需要嚴格按照一定的操作規范，才能保證接地裝置的準確性

首先，DCS系統信號電纜屏蔽層應該保持在非浮空的狀態，這樣才可以保證接地裝置的有效性。當DCS系統信號源處于浮空狀態時，信號屏蔽層應該考慮在信號源的一側進行接地處理。當DCS系統外部經由接線盒進行處理時，DCS系統信號屏蔽層應該在接線盒裝置內部針對兩側屏蔽層進行可靠性的接地處理。

此外，為了確保DCS系統信號電纜工作的有效性，應該對計算機的電纜進行阻燃型紋網屏蔽處理。

3.2 對DCS系統接地要點問題的分析

在對DCS系統進行接地處理，根據系統內部的重點不同所接地要點也不同，因此需要根據組成部分的不同需要對接地要點進行具體分析。對于DCS系統的供電電源，由于該部分已與電氣地相連，因此供電方式采取浮地模式即可滿足。對于DCS供電電源應該采取專門性的配電箱，配電箱安裝的位置應該安排在控制室進線處，將接地線與供電電源連接時遵循近地原則。當DCS系統配以UPS 時，UPS 輸入端應該與電氣接地進行獨立連接，并且UPS 的外殼應該避免與操作站與控制站連接，將電源系統零線引出與操作站電源連接即可。另外對于DCS操作站而言，其底部多安裝有接地匯流排，在保證安全接地的同時并與匯流排進行可靠性連接。

4 不良接地的預防

4.1 預防性維護措施

對于故障的處理預防遠比事后處理更為重要。所以在DCS系統日常運行過程中，做好各項預防性維護措施是減少故障發生，降低DCS接地故障的重要手段之一。DCS維護人員應針對設備運行要求、功能特點與具體用途，為其設置相應的預防措施。為了最大限度地降低檢查工作與預防性措施實施對DCS系統及整個工廠正常生產運營影響，可以利用機組大修期間，在檢查維修過程中排除一切安全隱患的前提下，對整個DCS系統進行一次全面徹底的檢查，對各個子系統進行嚴格細致的檢查，并將制定的各項預防性維護措施全部落實下去，為DCS系統的正常平穩運行提供安全保障，盡可能降低各種故障發生的概率。DCS系統預防性維護措施包括對操作站與控制站進行停電檢修，查看是否有設備或系統發生故障，清除電源箱、計算機組等設備內部的灰塵。對服務器、冗余電源、控制器進行冗余測試，查看冗余電源是否工作正常，服務器與控制器是否性能良好，各構件是否正常無損壞。檢查供電線路工作是否正常，線路負載是否匹配，UPS供電能力是否處于正常狀態，檢查接地系統與端子，按照相關標準測試接地電阻大小。定時恢復與備份數據庫，在檢修前將所有數據庫進行分類備份，做好相關記錄工作。

4.2 日常性維護措施

為了避免設備發生故障，需要在電廠內部建立科學的巡檢制度，所有的安檢人員需要按照規章制度辦事。為實現DCS系統穩定運行需要工作人員根據巡檢制度嚴格執行，這樣才能及時排查出DCS控制系統中存在的安全隱患，并可以在沒有發生故障之前及時解決隱患，保證DCS系統的正常工作。

開展日常性維護工作，首先仔細查看是否有故障征兆出現，對電源故障、死機故障等嚴重故障進行重點檢查，一旦發現有征兆立即采取有效處理措施將故障排除，并施以有效的預防措施防止該類故障再次發生。其次，在對系統進行日常維護的方面，需要包括對整個系統的灰塵進行定期清理，以及對控制室內的溫度和濕度進行及時調整，通過對DCS系統進行科學的日常維護可以減緩設備的老化程度，保證其設備的正常運行。第三，為保證DCS系統日常檢查工作進行的全面到位、規范標準，應制定日常維護制度體系，將系統主控單元、服務器、控制單元、應用程序、網絡設備、電源系統、輸入輸出模塊等各部分全部納入日常維護體系之中，并作出詳細具體的部署與要求，規范檢查人員行為。第四，實施日常檢查維護工作，對檢查工作所得數據信息進行細致整理分類，并與歷史數據進行對比，發現檢查工作中存在的不足與缺陷，有針對性地加以改進和完善，從而進一步強化日常性維護措施，強化檢查工作在保障DCS系統安全運行中的作用。

注意靜電防護措施，阻止靜電產生和減少靜電電荷的積累。在DCS控制室內要采用防靜電地板，并嚴格要求在進行手工操作DCS內部器件時，工作人員應穿戴防靜電的工作服、鞋和帽，應戴防靜電護腕，不用易產生靜電的材料裝修控制室和器具，以免靜電加到器件上造成器件損壞。采取讓靜電得以泄放的措施。泄放的主要方法是靜電接地，即工作臺、機柜及所有可能有靜電積累處予以接地，使靜電有可靠的泄放通道。

4.3 加強人員培訓

重視維護人員的職業技能培訓工作，適應新設備、新系統的升級更新換代工作。確保DCS系統安全、穩定、高效運行。定期邀請DCS生產廠家、維護部門專家，對工作進行實地勘測之后，針對工廠的實際情況對維護、操作人員進行培訓，讓生產一線人員提出工作中遇到的難以解決的問題，大家深入討論，由專業人士進行研究和解答。由于操作人員的文化程度不等，也應對內部員工不定期地進行DCS方面基礎知識的培訓，讓他們由淺入深提高DCS知識和應用能力。

5 總結

DCS的接地技術是非常重要的技術，在系統設計、實施及運行維護過程中必須給予高度的重視。在DCS系統生產運行中由于接地的故障導致經常出現的死機、信號莫名其妙的跳動或時好時壞，約占到故障總數的一半以上。因此，供電和接地的問題絕不容忽視。因此，必須遵循DCS系統接地的各項原則要求，精心地施工和維護，按照技術規范，嚴格處理和應用好系統的接地，才能保證DCS系統長時間地提供穩定、可靠的服務。

［1］《火力發電廠分散控制系統技術條件》（DL/T1083-2008）.

［2］《分散型控制系統工程設計規范》（HG/T20573-2012）.

［3］張 聰.論述DCS系統的接地［J］.中國科技縱橫，2014（5）.

［4］鞏偉國.火力發電廠DCS接地系統抗干擾措施探討［J］.內蒙古石油化，2014（5）.

［5］王小鳳.火電廠DCS接地系統的分析與設計［J］.中國儀器儀表，2014（5）.

［6］戚捷.通信機房設備與接地系統研究［J］.中國海洋大學學報，2007（3）.

Discussion on grounding system of DCS

Z?ou Wei
（Jiangsu Jings?en Salt & C?emical Industry Co.，Ltd，Huaian 223200，C?ina）

To ensure t?e power plant DCS （distributed control system），one of t?e important conditions for t?e reliable operation of t?e DCS grounding system in normal operation，DCS grounding system can not only avoid personal injury，but also can avoid t?e damage of t?e equipment. So t?e DCS ground compre?ensive design，to ensure t?e normal operation of t?e monitoring and control precision of DCS aspects. T?roug? t?e practice and access to relevant information about accident，malfunction of DCS part of t?e power plant commissioning and production process，t?e t?ermal system caused by t?e interference of abnormal and tripping events ?ave certain connection wit? t?e grounding system，mostly because of t?e problem of grounding system T?erefore，DCS grounding system is safe，stable operation，communication flow is very important. T?is paper analyzes t?e grounding type and requirements of DCS system，and puts forward opinions on t?e prevention of bad grounding.

DCS grounding； bad grounding； ?arm； maintenance

周偉（1980— ），男，江蘇淮安人，助理工程師，技師，碩士；研究方向：DCS維護，熱控相關。