DCS的接地分析

第34卷第5期.贵州工业大学学报(自然科学版)Vol.34 No.52005年10月JOURNAL OF GUIZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGYOctober. 2005(Natural Science Edition)文章编号:1009-0193(2005)05-0048-03DCS的接地分析龚建平,张希周(贵州大学电气工程学院,贵州贵阳50003)摘要:文章对分散型计算机控制系统几种不同的接地方式作了详细分析,并对在系统接地装置安装过程中出现的技术问题及注意事项提出了相应处理措施及说明。关键词:DCS;接地;隔离;屏蔽中图分类号:TM862文献标识码:B0引言DCS(Distributed ControlSystem)集散型控制系统自80年代中期进人我国以来,由于其先进性、可靠性与实用性在各主要工业领域得到广泛应用，并逐步成为一种常规设计。在DCS应用中,接地问题往往不被人们所重视,易出现由于忽视接地而导致DCS不能正常工作的情况,甚至威胁到生产系统的安全运行。本文通过对DCS接地的分析,指出了在设计安装调试中较易发生的接地问题，提出了DCS接地的关键所在。1接地的分类1.1接地分 为安全接地和工作接地两种安全接地是为了人身和设备安全而设的接地。当设备绝缘老化时,设备会发生漏电现象,安全接地使设备外壳金属部件不会产生对人身造成危害的过高电压,也可使电气设备的保护装置动作、以免故障扩大。[1]在DCS中,安全接地同时也是静电防护接地,具有重要的静电防护作用。在集散控制系统中有大量的CMOS器件,CMOS器件对静电较敏感。据统计,由于静电造成的损坏占CMOS器件损坏的78% . CMOS器件静电损坏主要分为电压击穿损坏和功率击穿损坏。CMOS的绝缘介质层SIO2的耐压值仅为100V,当静电电压超过此值时,氧化膜就会被击穿造成针孔而导致栅沟相通使器件失效;静电积累会造成放电,放电电流流过集成电路内部时会引起PN结温度升高,这可能烧毁内部连线或造成内部导线截面变小,也可能引起合金化或造成金属扩散,最终造成器件破坏或严重的电老化,给设备带来极大隐患。1.2工作接地分 为屏蔽接地、系统接地、本安接地三种(1)屏蔽接地屏蔽接地是为避免电磁场对仪表和信号的干扰而采取的接地。现场仪表的信号通过电缆送到控制室的DCS,信号从现场到控制室的过程中会受到许多电磁干扰。电磁千扰可分为静电感应产生的干扰和电磁感应产生的干扰。静电感应产生的干扰是信号回路周围存在的分布电容引起的,当- - 些电源电缆和信号电缆平行靠在一起时,信号电缆的信号回路由静电感应而产生干扰电压ES:_CiEs= 2c+CoEi .(1)式中: Ci- -第 i根电源电缆与信号电缆间电容,F;中国煤化工Coi除第i根电源电缆外其他电源电缆与信号MYHCNMHGEi-第i根电源电缆内的电压,V.收稿日期:2005-04- 15.第5期龚建平,等:DCS的接地分析由式(1)可知,当信号电缆与电源电缆无隔离地并行在一起时 ,干扰电压大小取决于它们相对的几何位置。当靠得很近时,220V电源使信号回路有100V左右的干扰电压,这显然是不允许的。电磁感应产生的干扰是信号电缆周围电磁场造成的,在信号回路中产生干扰电压Em:Em=中EMiliIi一-第I号电流回路流国的电流,AMi-信号回路与第I号电流回路间的互感系数。电磁感应产生的干扰还包括其他电磁场(大型电机、变压器等)引起的干扰。(2)系统接地系统接地的目的是使DCS信号建立一个基准点,该基准点接地是为了使基准点保持较稳定的电位,以保证信号传输的可靠性和准确性。若基准点有干扰或噪音,可因其接地使之影响减少。通常24V电源的负极也接在这个基准点上。系统接地网络应尽可能地缩短其距离,以减少回路阻抗。(3)本安接地本安接地是给配有本安齐纳安全栅的回路中的齐纳安全栅专设的接地,齐纳安全栅的接地直接关系到本安回路的本质安全功能的实现。图1为齐纳式安全栅的接地原理图,从图中可以看到SG和AG两个接地点;B点与C点电位相同,D点是变送器外壳在现场接地。若现场与控制室有地电位差存在,则D点与B点电位就不安全播同,若以B点为参考零电位,当D点出现一-10 V的电位,A,B间仍为24 V,则A,D间就有34 V电位差,在这种情况下,齐纳管不会反向导通,不起保护作用,但如果不小心,现场信号线碰到变送器外壳,产生的电火花可能点燃爆炸气体。反之,若D点。( + \出现+ 10 V的电位,则可以影响变送器的信号,给DCS造成干卑|卑AG扰。电租2。DCS接地采取的主要措施|sc2.1静电防护措施主要有两种(1)阻止静电产生和减少静电电荷的积累。在DCS控制室图1齐纳安全栅接线原理图[2]内要采用防静电地板,并严格要求在进行手工操作DCS内部器件时,工作人员应穿戴防静电的工作服鞋和帽,应戴防静电护腕,不用易产生静电的材料装修控制室、不用易产生静电的器具,以免静电加到器件上造成器件损坏。(2)采取让静电得以泄放的措施。泄放的主要方法是静电接地,即工作台机柜及所有可能有静电积累处予以接地，使静电有可靠的泄放通道。2.2屏蔽接地的措施为减少电磁干扰可采取多种措施，如信号线采用双绞线信号电缆穿人接地的钢管、在电缆桥架及电缆沟中封闭并与电源电缆隔离等。据API标准,电源电线与信号电缆最小应保持的距离见表1(指电源电缆与信号电缆同沟时必须永久性地保持此距离,在交叉处必须用保护管)。表1标准电源电线 与信号电缆最小保持距离{3]电源电缆最小距离125V或10A250mm( 10inch)250V或50A中国煤化工440V或200A5KV或800AMHCNMHG采用屏蔽电缆并使屏蔽层一点接地是广 泛采用的有效抗干扰措施之- -。屏蔽层接地主要是抗静电感应产生的干扰。国内已生产多种专门用于DCS等设备的屏蔽信号电缆,其抗干扰效果与屏蔽层效果有关，50贵州工业大学学报(自然科学版)2005年.如铜丝网屏蔽层的屏蔽效果为103:1,而镀铝带屏蔽层的屏蔽效果可达610:1。应注意铠装电缆的金属不应作为屏蔽保护接地,它的作用仅仅是防止机械拉伸损坏和防腐保护。2.3本 安接地的措施齐纳安全栅限制故障状态下可能进人现场的能量,使现场能量在释放时没有发生爆炸的危险。当回路电流超过限定值时,安全栅的保险丝熔断而切断回路,达到保护目的;当回路电压过高时,齐纳管击穿,电流增大,保险丝熔断,从而也达到保护的目的。因此过电压的参考基准点极为重要。这个基准点必须接地,并且是一个单独的接地系统,但它又必须在系统接地的接地极处有电气连接,使24V电源负极与其等电位。3接地的具体要求和布置在控制室内要求个接地系统有独立的接地母线,各柜、盘.台内接地系统也有各自独立的小母线,连接形式是放射形,不允许串接。各接地系统从仪表接地端子经柜内小母线到控制室内的相应接地母线连接线的电阻大都要求小于0. 1欧姆,这是为了接地电位尽可能-致和减少噪音 干扰。不应误认为这是对接地极电阻的要求,实际上是对接地连接导线电阻的要求。而且连接导线长度不得大于150m,以减少电感量,使接地电位尽可能一致。[4]此外屏蔽层接地须一点接地而不能多 点接地。如果两点接地,在两点间如有其他设备的漏电流产生的电位差,会使信号回路通过大地构成闭合回路而产生于扰。4DCS在安装调试过程中较易发生的接地问题1把安全保护接地与工作接地相混并连在--起,使安全接地的干扰进人信号回路,更甚者使本安齐纳栅大量损坏而威胁DCS的运行。2、工作接地的3类接地是单独设置的,但本安接地与系统接地无合适的电气连接会造成本安齐纳安全栅的接地电位与直流电源负极电位不在同一电位上,当这个电位差达到某值时将使本安齐纳安全栅损坏。3、屏蔽层多点接地,造成干扰进人信号回路,这对温度(热电偶)回路影响尤为明显。4.控制室内工作接地的3类接地相混,虽然各自有母线,但接到盘柜时相混而造成互相干扰。5、从控制室各接地母线到各盘柜采用串接而不是放射型接线，致使接地系统中各器件接地点电位不同而引起互相干扰。5结论1、安全保护接地与工作接地必须严格分开;2、在工作接地的3类接地中本安接地是要求最严格的接地;3、部件接地点到控制室各自接地母线的连接导线的电阻应小于0.1欧姆。4、系统接地和本安接地可用一组接地极,但屏蔽接地系统不宜和它们公用一组接地极。5所有的接地母线至少用50*10mm高导通型的铜棒,而且要镀锡;6、各接地母线铜棒的终端要用彩色喷涂50-60mm加以区别，据色码标准规定为:黄色为仪表保护接地;红色为系统接地;兰色为本安接地。参考文献:[1]王时煦.建筑物防雷设计[M].北京:中国建筑出版社, 1980.[2]王子平.影响DCS安全运行的因素及对策[J].化工自动化及仪表.中国煤化工[3]胡涛. 国际工程中DCS的接地及应注意的问题[J].石油规划设计[4]王常力.集散型控制系统的设计与应用[M].北京:清华大学出版社:MYHCNMHG(下转60页)50贵州工业大学学报(自然科学版)2005年General Linear Model of Complex Flexible AC Transmission SystemLIAO Xiang' ,AO Wei - zhi? , HAO Zheng - hang2(1. Guizhou Electrical Industry School, Guiyang 550025, China; 2. School of Electrical Engineering,GZU,Guiyang 550003 ,China)Abstract: Flexible AC transmission system decentralized coordinated control and wide area coordinatedcontrol are the focal points in the curent field of power. Studying∞omplex power systems installed manyFACTS devices must ask assistance for common mathematics model, and few achievements in this area isobtained. But as a basic task, constructing model is absolute essential. This paper deduces universal linearmodel of complex power systems which include m generators and n STATCOM, and lay foundation ofstudying for dynamic characters, damping and coordinated control of current or future power systemswith multi - controller. A certain theoretical preparation is established for solving coordinated controland wide area ooordinated c∞ontrol based on global linear model.Key words: FACTS; complex power systems;STATOOM; mathematics model(上接50页)Analysis of the Distributed Control System GroundingGONG Jian - ping,ZHANG Xi - zhou .(School of Electric Engineering,Guizhou University ,Guiyang 550003 ,China)Abstract:Several different kinds of grounding in ditributed∞ontrol system are analyzed and relatedmeasures and explanations for the technical problems and certain points of attention in the process ofinstallation of grounding unit in DCS are discussed.Key words :DCS; ground; isolation; shielding(上接54页)Study and Application of Management System for Heating Treatment WorkshopLI Hao, XIE Qing - sheng, LIN Wei(Guizhou Modem Manufacturing Technology Key Laboratory ,Guizhou University ,Guiyang 550003 ,China)Abstract:Aiming at machine manufacturing enterprise' s mismatching between resource planning man-agement and heating treatment workshop, in full consideration of the future management system, amanagement system of heating treatment workshop was built by using component一based softwarereuse technology ,object - oriented technology and web technology. System structure and function wereanalyzed, system structure and function models were built. Then the main function and key module ofthe system were analyzed.Key words: heating treatment workshop; management syst-2onent中国煤化工TYHCNMHG