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摘要：目前，在火力发电厂DCS控制系统的应用中，接地系统能否规范、正确的安装，将直接影响整个集散控制系统运行的精准、可靠。本文对DCS系统接地作了概括性的介绍，并通过具体案例指出了接地系统在设计、安装、调试过程中的具体应用及需要注意的问题和解决办法。
关键词：DCS系统；接地；保护；措施
1 引 言
DCS（Distributed Control System）即分步式控制系统，也称作分散控制系统。它以特定协议的通信网络为纽带组成双冗余的大型计算机控制网络，依据现场生产工艺实时参数通过特定的逻辑控制器完成工艺生产流程的控制和监督。因在其组成上综合了现场控制站（I/O）、数据通信接口、人机接口单元（操作员站OPS、工程师站ENS）功能，因此，其数据传输的可靠性、系统抗干扰的能力显得尤为重要。对DCS控制系统来讲，增强其外界信号抗干扰能力的主要途径就是接地系统的规范施工。接地目的通常有两个：一类是设备安全接地，通过对仪表设备、控制盘箱等设备外壳接地达到防雷、防静电的保护目的，一类是通过对 DCS控制系统内部元器件做单独接地处理，防止外界信号的干扰，即工作接地。正确的完成接地系统的安装，既能抑制电磁干扰又能保护设备安全。
2 接地系统的分类和作用
2.1 保护接地
保护接地（CG），在电气领域里称作PE接地，正常工作时对地没有电压，只有系统异常时才传导故障电压，安全可靠，旨在为了避免盘柜外壳、仪表外壳、控制箱外壳、栏杆、电缆桥架、电缆护套等不应带电设施因特别情况引发带电的一种保护性措施。特别是DCS控制系统，在安装盘柜时为了得到有效外界信号抗干扰能力，盘柜与刚性安装底座之间都要铺设一层12mm厚的防腐绝缘橡皮垫层。如果盘柜外壳没有做好可靠的保护接地，特殊情况下引起盘柜外壳带电时，既会引起系统工作失灵，又带来人身不安全因素，危及生命安全，因此做好DCS 控制系统保护接地 是保证DCS控制系统正常工作、保障维护人员生命安全的首要措施。这些工作包括：操作台、控制柜、控制扩展柜、操作员站、工程师站等设施保护接地。
2.2 工作接地
工作接地是集散控制系统抗干扰保护的核心接地系统，主要包括逻辑接地、屏蔽接地、信号接地三种类型。逻辑接地亦称直流系统接地（PG），因为DCS控制系统存在大量电子设施，电路的工作需要一个参考电位，这个参考电位即为逻辑地（一般是零点电位）。信号地，也叫信号回路接地，主要是指从现场采集的各回路信号负端，例如：压力变送器供出的4-20mA信号负极，就地测温元件（热偶、热阻）供出的电压信号的负极等等，该接地在DCS控制中一般置于I/O卡件的专用接线端子上。屏蔽接地（AG），主要是针对现场测量I类（热电偶、热电阻、毫伏信号、应变信号等低电压信号）II类（4-20mA、0-10V、1-5V、0-10 mA 等）信号而言，由于该信号传输较弱，为了保证测量的准确可靠，不受外界磁场感应的影响，在采取该部分信号时必须使用带屏蔽的计算机电缆进行连接。该屏蔽接地就是指该部分测量电缆的单独的屏蔽接地，一般引至DCS系统单独的接地网内。在火力发电厂DCS控制系统中，盘柜内侧底部边缘一般设置与机柜外壳绝缘的相互独立的两块接地铜排，其中一块为逻辑接地PG专用，给各个电子装置、各环节提供稳定的基准电压，另一块即为屏蔽接地专用，用以屏蔽掉外界的干扰信号。
2.3 其它接地
还有防雷接地、防静电接地等，对于装有安全栅、防爆措施的系统。例如火力发电厂制氢站，还要求有本安接地，本安接地电阻应不大于4欧姆，且与厂区电气接地网或仪表系统的接地网距离至少在5米以上。
3 DCS系统接地的基本要求
DCS系统接地的目的是为了系统发生异常时迅速将过载电流导入大地，保证DCS系统可靠、稳定运行，避免人身设备安全事故的发生。然而，有些火力发电厂特别是些民营企业，对DCS接地系统没有足够重视，从设计、施工、验收、投运等各个环节管理薄弱，系统接地不规范，导致DCS系统运行中CRT画面抖动、出现波浪干扰、计算机死机、控制精度受限、系统抗干扰能力大大下降且后期整改困难等多种不利因素。因此，完善、规范、标准的DCS系统接地，是保证其安全稳定运行的必要条件。
在火力发电厂DCS接地控制系统中，DCS控制系统接地极的施工尤为重要。DCS控制系统应当尽可能靠近主控室，并且设置在距周围建筑物10-15米处，周围没有强磁场及大型动力设备的影响。主控楼侧应设置接地总铜排，所有DCS控制接地均汇总至该铜牌上然后通过专用电缆引至控制接地极。由主铜排引至接地极的电缆电阻称為接地连接电阻，该阻值不应大于1欧姆。从接地铜排至接地极大地之间的总电阻称为接地电阻，该阻值不应大于4欧姆。在DCS控制机柜内，同排每个盘柜的逻辑接地和屏蔽接地应分别使用规定规格型号的专用接地电缆分别引至每排盘柜的接地小母排上，然后汇总至主接地母排上，电缆连接过程中应始终保持一点接地。因为接地电缆与接地桩都有电阻值，如果大电流引入时，采用不同点接地会引起不等电位差造成系统干扰。
接地材料的选择及要求。接地材料可以选用25×4扁钢、φ14～φ20圆钢、30×30×4、40×40×4、50×50×5的等边角钢、φ45×3.5、φ57×3.5的钢管，处于酸碱度较大的区域时可以考虑使用镀锌材料。接地总干线应选取16mm2-50mm2接地专用电缆，支线亦采用16mm2的接地专用电缆。
4 DCS接地系统容易出现的问题和采取的措施
4.1 接地网络施工时容易出现多个接地点
火力发电厂DCS电子设备间内通常存在多个接地网络，例如：室内电气专业敷设的建筑接地网、防雷接地网、仪表控制接地网。在DCS系统的接地施工中，容易造成多个接地点现象的发生。应对措施：施工前严格技术交底，正确区分建筑接地和仪表接地划分范围，明确接地的形式和连接方式，对于控制盘柜的接地，宜采用L40×4的镀锌扁钢接至室内电气保护接地系统，连接方式应采用搭接焊接并做好防腐措施。对于DCS控制盘柜及附属计算机装置必须采用规定规格的专用接地电缆连接至仪表接地系统母铜排上，连接方式宜采用螺栓压接。
4.2 DCS接地施工时容易出现接地不良造成信号接地负端电压不等引起信号故障
由于DCS控制系统接地要求因控制系统生产厂家不同而有所区别，现仅以OVATION分散控制系统为例加以说明。OVATION分散控制系统电源分配板上所有 PG 连接后集中于一点接地，而盘柜的CG接地亦与CG一点接地，系统因为周围磁场或者特殊原因造成接地网内流入电流接地时，如果PG接地螺栓出现虚接时会造成电源分配板负极电压发生变化而影响到信号采集，造成卡件工作异常。应对措施：建立DCS系统接地检查表，定期测量记录PG、CG 对地电压变化，出现异常时及时检查整改，保证DCS系统的稳定运行。
5 结 论
上述可见，DCS控制接地系统设计、施工、调试的规范化将直接影响到DCS控制系统的稳定性，而这种稳定性的干扰因素非常繁杂，在具体项目上的施工中，我们首先应该根据设计施工，无明确设计时应满足相关规程、规范的要求。而且一旦控制系统出现不稳定现象后，由于排查因素相当繁杂，数千个屏蔽电缆芯或某一螺栓松动、连接的不合格都有可能引起系统干扰。因此，在火力发电厂DCS接地系统应该引起我们足够的重视，规范施工行为，确保系统稳定、可靠、长期、精准运行。
关键词：DCS系统；接地；保护；措施
1 引 言
DCS（Distributed Control System）即分步式控制系统，也称作分散控制系统。它以特定协议的通信网络为纽带组成双冗余的大型计算机控制网络，依据现场生产工艺实时参数通过特定的逻辑控制器完成工艺生产流程的控制和监督。因在其组成上综合了现场控制站（I/O）、数据通信接口、人机接口单元（操作员站OPS、工程师站ENS）功能，因此，其数据传输的可靠性、系统抗干扰的能力显得尤为重要。对DCS控制系统来讲，增强其外界信号抗干扰能力的主要途径就是接地系统的规范施工。接地目的通常有两个：一类是设备安全接地，通过对仪表设备、控制盘箱等设备外壳接地达到防雷、防静电的保护目的，一类是通过对 DCS控制系统内部元器件做单独接地处理，防止外界信号的干扰，即工作接地。正确的完成接地系统的安装，既能抑制电磁干扰又能保护设备安全。
2 接地系统的分类和作用
2.1 保护接地
保护接地（CG），在电气领域里称作PE接地，正常工作时对地没有电压，只有系统异常时才传导故障电压，安全可靠，旨在为了避免盘柜外壳、仪表外壳、控制箱外壳、栏杆、电缆桥架、电缆护套等不应带电设施因特别情况引发带电的一种保护性措施。特别是DCS控制系统，在安装盘柜时为了得到有效外界信号抗干扰能力，盘柜与刚性安装底座之间都要铺设一层12mm厚的防腐绝缘橡皮垫层。如果盘柜外壳没有做好可靠的保护接地，特殊情况下引起盘柜外壳带电时，既会引起系统工作失灵，又带来人身不安全因素，危及生命安全，因此做好DCS 控制系统保护接地 是保证DCS控制系统正常工作、保障维护人员生命安全的首要措施。这些工作包括：操作台、控制柜、控制扩展柜、操作员站、工程师站等设施保护接地。
2.2 工作接地
工作接地是集散控制系统抗干扰保护的核心接地系统，主要包括逻辑接地、屏蔽接地、信号接地三种类型。逻辑接地亦称直流系统接地（PG），因为DCS控制系统存在大量电子设施，电路的工作需要一个参考电位，这个参考电位即为逻辑地（一般是零点电位）。信号地，也叫信号回路接地，主要是指从现场采集的各回路信号负端，例如：压力变送器供出的4-20mA信号负极，就地测温元件（热偶、热阻）供出的电压信号的负极等等，该接地在DCS控制中一般置于I/O卡件的专用接线端子上。屏蔽接地（AG），主要是针对现场测量I类（热电偶、热电阻、毫伏信号、应变信号等低电压信号）II类（4-20mA、0-10V、1-5V、0-10 mA 等）信号而言，由于该信号传输较弱，为了保证测量的准确可靠，不受外界磁场感应的影响，在采取该部分信号时必须使用带屏蔽的计算机电缆进行连接。该屏蔽接地就是指该部分测量电缆的单独的屏蔽接地，一般引至DCS系统单独的接地网内。在火力发电厂DCS控制系统中，盘柜内侧底部边缘一般设置与机柜外壳绝缘的相互独立的两块接地铜排，其中一块为逻辑接地PG专用，给各个电子装置、各环节提供稳定的基准电压，另一块即为屏蔽接地专用，用以屏蔽掉外界的干扰信号。
2.3 其它接地
还有防雷接地、防静电接地等，对于装有安全栅、防爆措施的系统。例如火力发电厂制氢站，还要求有本安接地，本安接地电阻应不大于4欧姆，且与厂区电气接地网或仪表系统的接地网距离至少在5米以上。
3 DCS系统接地的基本要求
DCS系统接地的目的是为了系统发生异常时迅速将过载电流导入大地，保证DCS系统可靠、稳定运行，避免人身设备安全事故的发生。然而，有些火力发电厂特别是些民营企业，对DCS接地系统没有足够重视，从设计、施工、验收、投运等各个环节管理薄弱，系统接地不规范，导致DCS系统运行中CRT画面抖动、出现波浪干扰、计算机死机、控制精度受限、系统抗干扰能力大大下降且后期整改困难等多种不利因素。因此，完善、规范、标准的DCS系统接地，是保证其安全稳定运行的必要条件。
在火力发电厂DCS接地控制系统中，DCS控制系统接地极的施工尤为重要。DCS控制系统应当尽可能靠近主控室，并且设置在距周围建筑物10-15米处，周围没有强磁场及大型动力设备的影响。主控楼侧应设置接地总铜排，所有DCS控制接地均汇总至该铜牌上然后通过专用电缆引至控制接地极。由主铜排引至接地极的电缆电阻称為接地连接电阻，该阻值不应大于1欧姆。从接地铜排至接地极大地之间的总电阻称为接地电阻，该阻值不应大于4欧姆。在DCS控制机柜内，同排每个盘柜的逻辑接地和屏蔽接地应分别使用规定规格型号的专用接地电缆分别引至每排盘柜的接地小母排上，然后汇总至主接地母排上，电缆连接过程中应始终保持一点接地。因为接地电缆与接地桩都有电阻值，如果大电流引入时，采用不同点接地会引起不等电位差造成系统干扰。
接地材料的选择及要求。接地材料可以选用25×4扁钢、φ14～φ20圆钢、30×30×4、40×40×4、50×50×5的等边角钢、φ45×3.5、φ57×3.5的钢管，处于酸碱度较大的区域时可以考虑使用镀锌材料。接地总干线应选取16mm2-50mm2接地专用电缆，支线亦采用16mm2的接地专用电缆。
4 DCS接地系统容易出现的问题和采取的措施
4.1 接地网络施工时容易出现多个接地点
火力发电厂DCS电子设备间内通常存在多个接地网络，例如：室内电气专业敷设的建筑接地网、防雷接地网、仪表控制接地网。在DCS系统的接地施工中，容易造成多个接地点现象的发生。应对措施：施工前严格技术交底，正确区分建筑接地和仪表接地划分范围，明确接地的形式和连接方式，对于控制盘柜的接地，宜采用L40×4的镀锌扁钢接至室内电气保护接地系统，连接方式应采用搭接焊接并做好防腐措施。对于DCS控制盘柜及附属计算机装置必须采用规定规格的专用接地电缆连接至仪表接地系统母铜排上，连接方式宜采用螺栓压接。
4.2 DCS接地施工时容易出现接地不良造成信号接地负端电压不等引起信号故障
由于DCS控制系统接地要求因控制系统生产厂家不同而有所区别，现仅以OVATION分散控制系统为例加以说明。OVATION分散控制系统电源分配板上所有 PG 连接后集中于一点接地，而盘柜的CG接地亦与CG一点接地，系统因为周围磁场或者特殊原因造成接地网内流入电流接地时，如果PG接地螺栓出现虚接时会造成电源分配板负极电压发生变化而影响到信号采集，造成卡件工作异常。应对措施：建立DCS系统接地检查表，定期测量记录PG、CG 对地电压变化，出现异常时及时检查整改，保证DCS系统的稳定运行。
5 结 论
上述可见，DCS控制接地系统设计、施工、调试的规范化将直接影响到DCS控制系统的稳定性，而这种稳定性的干扰因素非常繁杂，在具体项目上的施工中，我们首先应该根据设计施工，无明确设计时应满足相关规程、规范的要求。而且一旦控制系统出现不稳定现象后，由于排查因素相当繁杂，数千个屏蔽电缆芯或某一螺栓松动、连接的不合格都有可能引起系统干扰。因此，在火力发电厂DCS接地系统应该引起我们足够的重视，规范施工行为，确保系统稳定、可靠、长期、精准运行。