時間:2018-11-30 18:04:49來源:控制工程網(wǎng)論壇 作者:zhanghe
隨著DCS、PLC的廣泛應(yīng)用,儀表系統(tǒng)的接地已經(jīng)成為儀表工程設(shè)計的一個組成部分。儀表及控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到生產(chǎn)裝置安全、穩(wěn)定的運行,系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。特別是采用分散控制系統(tǒng),若不考慮和處理好現(xiàn)場電磁干擾和兼容問題,一方面要求生產(chǎn)制造單位提高系統(tǒng)抗干擾能力;另一方面,要求工程設(shè)計、安裝施工和使用維護(hù)單位引起高度重視。
1DCS、PLC控制系統(tǒng)接地的重要性
1)保護(hù)接地:保護(hù)設(shè)備和人身安全。
2)工作接地:保證儀表精確、可靠地正常工作。
(1)信號回路接地;分兩種類型:一是儀表、PLC、DCS、計算機(jī)系統(tǒng)等電子設(shè)備本身結(jié)構(gòu)造成的事實上的接地;一是為抑制干擾而設(shè)置接地。
(2)屏蔽接地:抑制電容性耦合干擾,降低電磁干擾的部件的一種有效措施。
在儀表系統(tǒng)中要做屏蔽的接地的有:
a、導(dǎo)線的屏蔽層、排擾線;
b、儀表上的屏蔽接地端子;
c、未作保護(hù)接地而起屏蔽作用的金屬導(dǎo)線管、金屬匯線槽及金屬儀表外殼。
(3)本安儀表系統(tǒng)接地。這種接地除了具有抑制干擾的作用外,還有使儀表具有本安性質(zhì)的措施之一。
本安儀表系統(tǒng)的本安性能是借助于安全柵的隔離和能量限制作用,以保證進(jìn)入危險的能量限制在安全定額以下,從而達(dá)到安全火花型的防爆性能。
2控制系統(tǒng)接地設(shè)計
控制室內(nèi)的儀表接地系統(tǒng)由接地線、接地匯流排、公用連接板、接地體等幾部分組成。
接地系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)遵守的原則、接地體的設(shè)置以及接地線等有關(guān)問題介紹如下:
1、工作接地的原則——單點接地
由于地電位差的存在,如果出現(xiàn)一個以上的接地點就會形成回路,使儀表引入干擾,所以同一信號回路、同一屏蔽層或排擾線只能有根據(jù)一個接地點,不能有一個以上的接地點,除了既定接地以外,其他部位應(yīng)與一切金屬構(gòu)件絕緣。
信號回路的接地位置根據(jù)儀表類型決定。有些信號回路,信號源和接收儀表的公共線都要接地,必須把兩個接地點作電氣隔離。儀表線路中常用隔離變壓器來實現(xiàn)。
2、接地體的設(shè)置
儀表接地系統(tǒng)的保護(hù)接地一般情況下宜和電力系統(tǒng)的接地體共用,不必單獨設(shè)置接地體。
儀表系統(tǒng)工作接地體的設(shè)置有三種處理方式:
單獨設(shè)置的儀表系統(tǒng)接地體
廠區(qū)電氣系統(tǒng)接地網(wǎng)
電氣系統(tǒng)在不同裝置或不同界區(qū)分設(shè)的接地分配器。
采取何種方式,應(yīng)根據(jù)具體情況決定。
下面幾種情況推薦單獨設(shè)置接地體:
需要單獨設(shè)置的本質(zhì)安全儀表系統(tǒng);
需要單獨設(shè)置的DCS或計算機(jī)系統(tǒng);
電氣系統(tǒng)接地網(wǎng)接地電阻不能滿足儀表系統(tǒng)接地要求時;
土壤電阻率高,接地電阻不能達(dá)到設(shè)計值的場所,例如砂地、巖石或干燥地區(qū);
周圍環(huán)境存在嚴(yán)重的電磁干擾;
所選用的儀表對躁聲相當(dāng)敏感,抗干擾要求高,如電磁流量計等;
控制室與電力系統(tǒng)接地體距離較遠(yuǎn),若共用接地體,會使接地線過長,給施工維護(hù)帶來不便;
單獨設(shè)置接地體較為經(jīng)濟(jì)合理時。
從抑制干擾的觀點,防止電力系統(tǒng)對儀表的干擾,把兩個系統(tǒng)的接地完全分開,各自設(shè)置接地體,對儀表的防干擾是有利的。但從工程觀點看,單獨設(shè)置接地體比共用接地體投資大,費鋼材,占地面積大,安裝維護(hù)麻煩。一般,除上述特殊情況外,儀表接地系統(tǒng)可以和電力系統(tǒng)共用接地體而不必單獨設(shè)置。
實際工程設(shè)計中,電氣專業(yè)往往把全廠的地下管道、地下結(jié)構(gòu)、接地體連接成一個統(tǒng)一的接地網(wǎng),其接地電阻值可達(dá)到很小的一個值,這對抑制干擾是很有利的。在這種情況下要把儀表接地系統(tǒng)和電力接地系統(tǒng)完全分開,對于安裝和維護(hù)是件很麻煩的事,采取共用接地體比較方便。
儀表系統(tǒng)單獨設(shè)置接地體,也應(yīng)該把儀表系統(tǒng)的接地體和電力系統(tǒng)的接地體連接起來,以達(dá)到電位平衡的目的。
3、接地電阻
接地體或自然接地體的對地電阻和接地線電阻的總和稱為接地電阻。
儀表系統(tǒng)的保護(hù)接地電阻,一般為4Ω,最高不宜超過10Ω。當(dāng)設(shè)置有高靈敏度接地自動報警裝置時,如漏電開關(guān),接地電阻值可大于10Ω。
PLC主要用于開關(guān)量的檢測控制,它的輸入、輸出模塊大多具有光電隔離功能,因而接地要求相對比較低。用于模擬量檢測控制的DCS系統(tǒng),接地要求相對比較高。
當(dāng)信號回路多點接地時,由于地點位的不同,會在信號傳輸中引起誤差。但也有一些信號回路不接地的浮動工作地系統(tǒng)。
4、接地線的選擇和連接
儀表系統(tǒng)的接地連線應(yīng)使用多股銅芯絕緣電線或電纜,不允許再用裸導(dǎo)線或鋼材,這對保證接地系統(tǒng)的質(zhì)量,提高接地連線的連續(xù)性和可靠性有較大的好處。
儀表系統(tǒng)的接地連線,除可引向單獨設(shè)置的儀表系統(tǒng)接地體、廠區(qū)電氣系統(tǒng)接地網(wǎng)以外,還可以引向電氣系統(tǒng)在不同裝置或不同界區(qū)分設(shè)的接地分配器。
(1)保護(hù)接地的接地線
接地支線、接地分干線和接地總干線的截面數(shù)值選擇。
(2)工作接地的接地線
儀表盤、儀表柜、控制柜上需要接地的儀表,應(yīng)連接到接地端子或接地匯流排。接地匯流排宜采用25mm×6mm的銅條,應(yīng)設(shè)置絕緣支撐。
儀表盤、儀表柜、控制柜內(nèi)的接地端子或匯流排,經(jīng)各自的接地分干線至接地連接板,再由接地總干線與接地體連接。各匯流排、分干線應(yīng)彼此絕緣。接地連接板應(yīng)采用銅板制作,且采用絕緣支架固定。接地支線的連接、接地分干線的連接、接地總干線與接地連接板的連接,應(yīng)設(shè)置銅制接線片,并采用銅制緊固件固定。各類接地連線中嚴(yán)禁接入開關(guān)或熔斷器。
當(dāng)儀表盤內(nèi)同時有保護(hù)接地和工作接地時,應(yīng)分別設(shè)置供這兩類接地的專用匯流排或端子板。各臺儀表的保護(hù)接地、工作接地分別接至相應(yīng)的接地匯流排或端子板。盤內(nèi)的這兩類接地匯流排或端子板經(jīng)各自的分干線引至各自的公用接地板或接地總干線。這兩類接地匯流排、分干線、總干線應(yīng)彼此絕緣。
當(dāng)儀表系統(tǒng)和電力系統(tǒng)共用接地體時,兩個系統(tǒng)的接地匯流排分干線、總干線應(yīng)彼此絕緣。它們只能在接地體處或公用連接板處作相互連接,絕對不能在這點之前相連接,否則會引入干擾。接地線用色澤標(biāo)記。在一根接地線上嚴(yán)禁串接多個需要接地的儀表或裝置,因為這種做法不安全,一個接頭的中斷會引起多臺儀表脫開接地點。
接地線的連接必須牢靠。接地支線與儀表和接地匯流排的連接為螺栓連接;接地分干線與接地匯流排和公用連接板的連接用焊接或螺栓連接;接地分干線、接地總干線與接地體的連接為焊接。螺栓連接時應(yīng)裝配防松零件。
3DCS控制系統(tǒng)接地
DCS合理、可靠的系統(tǒng)接地,是DCS系統(tǒng)非常重要的內(nèi)容。為了保證DCS系統(tǒng)的監(jiān)測控制精度和安全、可靠運行,必須對系統(tǒng)接地方式、接地要求、信號屏蔽、接地線截面選擇、接地極布置等方面,進(jìn)行認(rèn)真統(tǒng)籌考慮。
DCS接地基本要求
DCS系統(tǒng)接地是為了保證當(dāng)進(jìn)入DCS系統(tǒng)的信號、供電電源或DCS系統(tǒng)設(shè)備本身出現(xiàn)問題時,有效的接地系統(tǒng)能承受過載電流并可以迅速將過載電流導(dǎo)入大地。接地系統(tǒng)能夠為DCS提供屏蔽層,消除電子噪聲干擾,并為整個控制系統(tǒng)提供公共信號參考點(即參考零電位)。當(dāng)接地系統(tǒng)發(fā)生問題時(接地電阻過大,多點接地,接地線斷線或接地線與高電壓、大電流設(shè)備相接觸等),會造成人員的觸電傷害及設(shè)備的損壞,據(jù)了解,有些DCS系統(tǒng)經(jīng)?!八罊C(jī)”(或不明原因的“死機(jī)”),大多是因為接地系統(tǒng)不良或存在問題所引起的。因此,完善、可靠、正確的接地,是DCS系統(tǒng)能夠安全、可靠和良好運行的關(guān)鍵。
DCS接地分類
在一般情況下,DCS控制系統(tǒng)需要兩種接地:保護(hù)地和工作地(邏輯地、屏蔽地等)。對于裝有安全柵防爆措施的系統(tǒng)如化工行業(yè)所用的系統(tǒng),還要求有本安地。
保護(hù)地:(CG,CabinetGrounding)是為了防止設(shè)備外殼的靜電荷積累、避免造成人身傷害而采取的保護(hù)措施。DCS系統(tǒng)所有的操作員機(jī)柜、現(xiàn)場控制站機(jī)柜、打印機(jī)、端子柜等均應(yīng)接保護(hù)地。保護(hù)地應(yīng)接至廠區(qū)電氣專業(yè)接地網(wǎng),接地電阻小于4Ω。
邏輯地:也叫機(jī)器邏輯地、主機(jī)電源地,是計算機(jī)內(nèi)部的邏輯電平負(fù)端公共地,也是+5V等的電源輸出地。如CPU的正負(fù)5伏、正負(fù)12伏的負(fù)端。需要接入公共接地極。
屏蔽地:(AG,AnalogGrounding)也叫模擬地,它可以把現(xiàn)場信號傳輸時所受到的干擾屏蔽掉,以提高信號精度。DCS系統(tǒng)中信號電纜的屏蔽層應(yīng)做屏蔽接地。線纜屏蔽層必須一端接地,防止形成閉合回路干擾。鎧裝電纜的金屬鎧不應(yīng)作為屏蔽保護(hù)接地,必須是銅絲網(wǎng)或鍍鋁屏蔽層接地。接入公共接地極。
本安地:應(yīng)獨立設(shè)置接地系統(tǒng),接地電阻≤4Ω。本安地的接地系統(tǒng)應(yīng)保持獨立,與廠區(qū)電氣地網(wǎng)或其它儀表系統(tǒng)接地網(wǎng)的距離應(yīng)在5m以上。
DCS對公共接地極(網(wǎng))的要求
當(dāng)廠區(qū)電氣接地網(wǎng)對地分布電阻≤4Ω時,可將廠區(qū)電氣接地網(wǎng)當(dāng)著DCS系統(tǒng)的公共接地極(網(wǎng))。
當(dāng)廠區(qū)電氣接地網(wǎng)接地電阻較大或雜亂時,應(yīng)獨立設(shè)置接地系統(tǒng),即為DCS系統(tǒng)的公共接地極(網(wǎng))。
沒有本安地接入的公共接地極(網(wǎng))的對地分布電阻小于4歐姆;有本安地的小于1歐姆。接地總干線的線路阻抗小于0.1歐姆。
接地極周圍15米內(nèi)無避雷地的接入點,8米內(nèi)無30KW以上的高低壓用電設(shè)備外殼的接入點。當(dāng)現(xiàn)場無法滿足該條件時,防雷保護(hù)地通過避雷器/沖擊波抑制器與公共接地極的主干線相連。電焊地切勿與公共接地極及其接地網(wǎng)搭接在一起,二者應(yīng)距離10米以上。
DCS系統(tǒng)接地原則
DCS系統(tǒng)設(shè)置的接地裝置
操作臺、打印臺、服務(wù)器柜:設(shè)有保護(hù)地螺釘。
繼電器柜、UPS柜、配電柜:設(shè)有保護(hù)地螺釘。
DCS的I/O機(jī)柜:設(shè)有屏蔽接地匯流排,保護(hù)地螺釘。系統(tǒng)地(+24V地)懸浮。
儀表柜、手操盤臺:設(shè)有屏蔽地接地匯流排,保護(hù)地螺釘。
安全柵柜:設(shè)有屏蔽地接地匯流排,本安地接地匯流排,保護(hù)地螺釘。
信號屏蔽及其接地
根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)定要求,計算機(jī)或DCS系統(tǒng)信號電纜的屏蔽層不得浮空,必須接地,其接地方式應(yīng)符合下列規(guī)定:
當(dāng)信號源浮空時,屏蔽層應(yīng)在計算機(jī)側(cè)接地;
當(dāng)信號源接地時,屏蔽層應(yīng)在信號源側(cè)接地;
當(dāng)放大器浮空時,屏蔽層的一端與屏蔽罩相連,另一端宜接共模地(當(dāng)信號源接地時,接信號地。當(dāng)信號源浮空時接現(xiàn)場地)。
當(dāng)屏蔽電纜途經(jīng)接線盒分?jǐn)嗷蚝喜r,應(yīng)在接線盒內(nèi)將其兩端電纜的屏蔽層連接。
DCS系統(tǒng)接地方式
利用電氣接地網(wǎng)作為DCS接地網(wǎng),即與電氣接地網(wǎng)共地;
設(shè)DCS系統(tǒng)專用獨立的接地網(wǎng);
設(shè)DCS專用接地網(wǎng),經(jīng)接地線、再接至電氣接地網(wǎng);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(jī)或DCS系統(tǒng)曾經(jīng)較多的采用過專用的接地網(wǎng)。但這種接地方式存在的缺點是:占地面積太大,投資高,電纜及接地網(wǎng)鋼材耗量大,距廠房有相當(dāng)?shù)木嚯x(因不易在廠房內(nèi)找到合適的位置),管理、維護(hù)、測量及查找接地極和接地線不方便,且效果不甚良好。根據(jù)實際運行表明,設(shè)置專用的DCS接地網(wǎng)是既困難又不安全的。
4PLC控制系統(tǒng)接地
一般要求
①系統(tǒng)接地必須良好,對于PLC控制系統(tǒng),接地電阻應(yīng)小于4Q。
②接地線必須有足夠大的線徑,獨立安裝的PLC基本單元,應(yīng)使用截面積在2.5nim2以上的黃/綠線與系統(tǒng)保護(hù)接地線(PE)連接。
③模塊化結(jié)構(gòu)的PLC,各模塊與機(jī)架間一般可以通過模塊本身的接地連接端,使得各模塊與嘰架間保持良好的接地,但機(jī)架與系統(tǒng)保護(hù)地之間應(yīng)保證接地良好,應(yīng)使用截面積在2.5mm2以上的黃/綠線與系統(tǒng)保護(hù)接地線(PE)連接。
④系統(tǒng)中的其他控制裝置(如驅(qū)動器、變頻器等)的接地必須同樣符合規(guī)范,并獨立接地。
⑤系統(tǒng)中的各類屏蔽電纜的屏蔽層、金屬軟管、走線槽(管)、分線盒等均必須保證接地良好。
不同接地的處理
在PLC系統(tǒng)中,主要有以下幾種與接地有關(guān)的常用“地”,需要根據(jù)不同的情況進(jìn)行分別處理。
(1)數(shù)字信號地
數(shù)字信號地是指系統(tǒng)中各種開關(guān)量(數(shù)字量)的OV端,如接近開關(guān)的OV線、PLC輸入的公共OV、晶體管輸出的公共OV等。
數(shù)字信號地在PLC控制系統(tǒng)中,原則上只需要按照PLC規(guī)定的輸入/輸出連接方式進(jìn)行連接即可,無須另外考慮專門的地線,也不需要與PE線進(jìn)行連接。
(2)模擬信號地
模擬信號地是指系統(tǒng)中各類模擬量的OV端,如用于驅(qū)動器(變頻器)的速度給定電壓輸出、測速反饋輸入、傳感器輸入等。
模擬信號通常采用差動輸出/輸入,各信號間的OV各自獨立,因此,模擬信號地一般不允許進(jìn)行相互間的連接,也不允許與系統(tǒng)的PE線進(jìn)行連接。
用于模擬量輸入/輸出的連接線,原則上應(yīng)使用帶有屏蔽的“雙絞”電纜,屏蔽電纜的屏蔽層必須根據(jù)不同的要求與系統(tǒng)的PE線連接。
(3)保護(hù)地
保護(hù)地是指系統(tǒng)中各控制裝置、用電設(shè)備的外殼接地,如電動機(jī)、驅(qū)動器的保護(hù)接地等。這些保護(hù)地必須直接與電柜內(nèi)的接地母線(PE母線)連接,不允許控制裝置、用電設(shè)備的PE線進(jìn)行“互連”。
(4)直流電源地
系統(tǒng)直流電源地是指除PLC內(nèi)部電源以外的外部直流電源的OV端(PLC內(nèi)部直流電源的OV端,一般與PLC的數(shù)字信號地共用)??梢苑忠韵聨追N情況進(jìn)行處理:
①當(dāng)PLC輸入/輸出直流電源分離時,用于PLC輸入的直流電源的OV,必須按本章7.3節(jié)“I/O接口設(shè)計”部分的要求,與PLC的OV公共線進(jìn)行連接。用于PLC輸出的直流電源,根據(jù)需要,可以不與PLC的OV公共端連接或與PLC的OV公共端連接。
②當(dāng)PLC輸入/輸出直流電源共用時,直流電源的OV必須與PLC的OV公共線連接。用于PLC輸入/輸出的直流電源OV與系統(tǒng)接地(PE)線之間,根據(jù)系統(tǒng)的實際需要,可以連接也可以不連接。
③單獨用于PLC系統(tǒng)執(zhí)行元件的直流電源OV,原則上不與PLC的OV連接,但一般需要與系統(tǒng)的接地(PE)線進(jìn)行連接。
(5)交流電源地
交流電源地是指系統(tǒng)中使用的交流電源的OV端(或N線),如220V控制回路的OV端、交流照明電路、交流指示燈的OV端等。
在交流控制回路使用隔離變壓器時,出于“電擊防護(hù)”等方面的考慮,為了讓變壓器起到“隔離”作用,原則上不應(yīng)將交流電源的OV端與系統(tǒng)接地(PE)線相連。
從抗干擾的角度考慮,控制系統(tǒng)的PE線原則上也不應(yīng)與電網(wǎng)的N線相連。但在某些進(jìn)口機(jī)床上,也有使用特殊的“短接端”,將交流電源的OV端、N線、接地(PE)線進(jìn)行相互連接的情況。
PLC控制系統(tǒng)通常屬于1MHz以下的低頻電路的范疇,因此,一般應(yīng)采用“單點接地”的接地方式。
標(biāo)簽:
中國傳動網(wǎng)版權(quán)與免責(zé)聲明:凡本網(wǎng)注明[來源:中國傳動網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權(quán)均為中國傳動網(wǎng)(m.u63ivq3.com)獨家所有。如需轉(zhuǎn)載請與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個人轉(zhuǎn)載使用時須注明來源“中國傳動網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責(zé)任。
本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來源的稿件,均來自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士,版權(quán)屬于原版權(quán)人。轉(zhuǎn)載請保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負(fù)版權(quán)法律責(zé)任。