DCS接地系统探讨

周 伟

（江苏井神盐化股份有限公司，江苏 淮安 223200）

DCS接地系统探讨

周 伟

（江苏井神盐化股份有限公司，江苏 淮安 223200）

保证电厂DCS（分散控制系统）安全、可靠运行的重要条件之一就是DCS接地系统运转正常，DCS接地系统不仅可以避免人身伤害，而且可以避免设备的损坏。因此对DCS接地进行全面设计，才能保证DCS的监测控制精度和各方面的正常运行。通过工作实践和查阅有关资料了解，部分电厂调试和生产过程中发生DCS误动事故、干扰引起的热工系统异常甚至机组跳闸事件等都与系统接地有一定的关联，多数是因为接地系统的问题所引起。因此，DCS接地系统安全、稳定运行、通信畅通非常重要。本文分析了DCS系统的接地类型和要求，并针对不良接地的预防提出看法。

DCS接地；不良接地；危害；维护

0 前言

随着我国工业经济的飞快发展，DCS（分散控制系统）已广泛地应用在工业生产中。据多方位了解，很多发电厂中DCS系统经常会出现“死机”现象，这种“死机”现象多数的原因是因为接地系统不良或存在其他问题所引起的。为了避免DCS系统出现上述问题，保证DCS系统安全、正常的运行。本文针对某地电厂热控DCS系统进行现场调研和分析，总结出一般性的DCS接地预防原则，便于技术人员在以后的实际工作中运用。

1 DCS系统接地概述及作用

1.1 DCS系统接地概述

DCS系统即分散控制系统，该系统以通信网络为传输通道，通过过程级的监控及控制形成多级的信息技术系统，使得在控制上具有分散控制和集中管理的优点。在对DCS系统的设计过程中需要进行计算机、通信、控制等技术领域的整体安排。因为DCS系统所具有的优点在我国的电厂中具有广泛的应用，实现DCS系统的可靠性可以保证电厂机组的良好运行。DCS系统接地是指将电路、元件单元以及信号参考点的等位点进行连接，其中影响接地系统稳定性的主要因素是接地电阻的阻值，通常情况下要求接地电阻的阻值在4 欧姆以下可以保证DCS系统进行必要的信号干扰。在接入适当的接地阻值之后，当DCS系统自身的输入信号或供电电源发生故障时，接地保护就会将过载电流经电阻导入大地，防止因电流过大对设备造成损坏。在降低电子噪声干扰方面，接地系统可以为DCS系统提供屏蔽层，并为整个系统提供零点公共参考点。当DCS系统接地发生如接地电阻阻值异常、接地线路断线等故障时，就会造成机组设备损坏甚至对人身安全造成威胁，另外在电厂中监控信号发生不规则波动或是DCS系统多次发生死机也是由于接地系统发生故障造成的。

1.2 DCS系统接地的作用分析

对DCS系统进行不同方式的接地，所实现的功能也是有所区别的。当对DCS系统进行保护接地时，该接地系统主要是用来解决设备发生故障引起内部电路短路状况的发生，避免电流过大给设备操作人员造成伤害。为了实现机器的逻辑正常工作，必须对主机的电源进行接地保证计算机内部的逻辑电平为负。在对信号回路进行接地时，通常情况下会对变送器和开关量信号的负端进行接地，以实现对噪声的剔除。另外对模拟信号屏蔽层的接地也可以实现对干扰信号的抑制功能。

2 DCS系统接地问题分析

2.1 对DCS系统接地分类问题的分析

对于接地装置实现功能的不同，可以将DCS系统接地分为保护性接地和工作性接地两种。这两种接地方式都是为了保证设备以及人身的安全。保护接地是指，进线电源绝缘损坏，导致电气设备的金属外壳很有可能带上危险的相电压，对其金属外壳所采取接地的保护措施。而工作接地是指为了保证DCS的各种信号少受或不受外界的干扰，使DCS和与DCS相整合的仪器、仪表都能安全、可靠的运行，保证仪器、仪表能够精确的测量和控制而采取的接地保护。工作接地包括机器逻辑地、保护地、屏蔽接地、信号回路接地，在石化和其他防爆系统中还包括本安接地。

（1）保护地既可以防止设备外壳静电荷富积，也可以避免造成人身的意外伤害，保护地是最基本的保护措施之一。DCS中所有机柜都应接保护地。

（2）逻辑地也可称为主机电源地或机器逻辑地。为的就是保证和控制系统内电路工作时有一个统一的电位，不会因零电位上下浮动而引起不必要的信号误差，逻辑地主要保护的是基准电位，还可防止外界电磁场等干扰。

（3）屏蔽地又名模拟地。屏蔽地的主要目的就是提高信号的精确度，把现场的信号准确、无误地进行传输，并防止外界的干扰。屏蔽层是金属铠的不应接地，如果是镀铝或铜丝网的一端应接地，且必需接入公共接地极。

（4）本安地是专门给配有本安回路中的安全栅专设的接地。本安系统的作用是保护危险现场一直处于安全的电流、电压范围之内。如出现短路现象本安地会将线上的电流控制在安全范围，不会因过载而产生其他危险。如果高压电信号加入了信号回路，由于二级管的作用也可以使电压位处于安全的范围之内。

2.2 DCS系统接地方式

（1） 利用原有的电气接地网作为DCS接地网，与电气接地网共地。

（2） 为DCS系统设立单独的专用接地网。

（3） 为DCS设立专用接地网，经接地母线、再转接至电气接地网。

由于第三种接地方式与第二种接地方式有较多相同处，过去，计算机或DCS系统曾经较多的采用过单独设置的专用接地网。但这种接地方式存在占地面积太大，投资高的缺点，且电缆及接地网钢材耗量大，距厂房有相当的距离，管理、维护、测量及查找接地极和接地线不方便，效果不理想。因此，根据实际运行情况总结出，设置专用的DCS接地网是既困难又不安全的。如某电厂曾因接地问题，造成机组跳闸数十次。根据后期整改，改用电气接地网接地，取得了良好的效果。

2.3 现场接地注意事项

（1）现场控制站:接地螺丝因机柜本体与底座间有胶皮形成绝缘，屏蔽地汇流排与底座间绝缘，因此，现场控制站必须按规定做好接地处理，即分别接至现场控制站接地汇流排上。I/O柜的电源地与UPS的电源地必须接至同一个地，保证等电位。

（2）现场控制站:操作员站、工程师站、网络交换机、服务器主机、系统显示器等采用外壳接地或直接将电源地线连接至电气接地网。

（3）I/O模件:模拟量模件即直流24V的负端应接至逻辑地汇流排上，逻辑地汇流排接至屏蔽地，再接入总接地汇流排。

（4）现场控制站的保护地应从机柜下方的接地螺钉接至接地分干线，现场控制站的屏蔽地应从接地汇流排接至公共连接板。

（5）接地系统的电阻必须进行测试，以保证接地能满足控制系统制造商的要求。

3 DCS系统接地原则问题的分析

3.1 在对DCS系统进行接地处理时，需要严格按照一定的操作规范，才能保证接地装置的准确性

首先，DCS系统信号电缆屏蔽层应该保持在非浮空的状态，这样才可以保证接地装置的有效性。当DCS系统信号源处于浮空状态时，信号屏蔽层应该考虑在信号源的一侧进行接地处理。当DCS系统外部经由接线盒进行处理时，DCS系统信号屏蔽层应该在接线盒装置内部针对两侧屏蔽层进行可靠性的接地处理。

此外，为了确保DCS系统信号电缆工作的有效性，应该对计算机的电缆进行阻燃型纹网屏蔽处理。

3.2 对DCS系统接地要点问题的分析

在对DCS系统进行接地处理，根据系统内部的重点不同所接地要点也不同，因此需要根据组成部分的不同需要对接地要点进行具体分析。对于DCS系统的供电电源，由于该部分已与电气地相连，因此供电方式采取浮地模式即可满足。对于DCS供电电源应该采取专门性的配电箱，配电箱安装的位置应该安排在控制室进线处，将接地线与供电电源连接时遵循近地原则。当DCS系统配以UPS 时，UPS 输入端应该与电气接地进行独立连接，并且UPS 的外壳应该避免与操作站与控制站连接，将电源系统零线引出与操作站电源连接即可。另外对于DCS操作站而言，其底部多安装有接地汇流排，在保证安全接地的同时并与汇流排进行可靠性连接。

4 不良接地的预防

4.1 预防性维护措施

对于故障的处理预防远比事后处理更为重要。所以在DCS系统日常运行过程中，做好各项预防性维护措施是减少故障发生，降低DCS接地故障的重要手段之一。DCS维护人员应针对设备运行要求、功能特点与具体用途，为其设置相应的预防措施。为了最大限度地降低检查工作与预防性措施实施对DCS系统及整个工厂正常生产运营影响，可以利用机组大修期间，在检查维修过程中排除一切安全隐患的前提下，对整个DCS系统进行一次全面彻底的检查，对各个子系统进行严格细致的检查，并将制定的各项预防性维护措施全部落实下去，为DCS系统的正常平稳运行提供安全保障，尽可能降低各种故障发生的概率。DCS系统预防性维护措施包括对操作站与控制站进行停电检修，查看是否有设备或系统发生故障，清除电源箱、计算机组等设备内部的灰尘。对服务器、冗余电源、控制器进行冗余测试，查看冗余电源是否工作正常，服务器与控制器是否性能良好，各构件是否正常无损坏。检查供电线路工作是否正常，线路负载是否匹配，UPS供电能力是否处于正常状态，检查接地系统与端子，按照相关标准测试接地电阻大小。定时恢复与备份数据库，在检修前将所有数据库进行分类备份，做好相关记录工作。

4.2 日常性维护措施

为了避免设备发生故障，需要在电厂内部建立科学的巡检制度，所有的安检人员需要按照规章制度办事。为实现DCS系统稳定运行需要工作人员根据巡检制度严格执行，这样才能及时排查出DCS控制系统中存在的安全隐患，并可以在没有发生故障之前及时解决隐患，保证DCS系统的正常工作。

开展日常性维护工作，首先仔细查看是否有故障征兆出现，对电源故障、死机故障等严重故障进行重点检查，一旦发现有征兆立即采取有效处理措施将故障排除，并施以有效的预防措施防止该类故障再次发生。其次，在对系统进行日常维护的方面，需要包括对整个系统的灰尘进行定期清理，以及对控制室内的温度和湿度进行及时调整，通过对DCS系统进行科学的日常维护可以减缓设备的老化程度，保证其设备的正常运行。第三，为保证DCS系统日常检查工作进行的全面到位、规范标准，应制定日常维护制度体系，将系统主控单元、服务器、控制单元、应用程序、网络设备、电源系统、输入输出模块等各部分全部纳入日常维护体系之中，并作出详细具体的部署与要求，规范检查人员行为。第四，实施日常检查维护工作，对检查工作所得数据信息进行细致整理分类，并与历史数据进行对比，发现检查工作中存在的不足与缺陷，有针对性地加以改进和完善，从而进一步强化日常性维护措施，强化检查工作在保障DCS系统安全运行中的作用。

注意静电防护措施，阻止静电产生和减少静电电荷的积累。在DCS控制室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和器具，以免静电加到器件上造成器件损坏。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。

4.3 加强人员培训

重视维护人员的职业技能培训工作，适应新设备、新系统的升级更新换代工作。确保DCS系统安全、稳定、高效运行。定期邀请DCS生产厂家、维护部门专家，对工作进行实地勘测之后，针对工厂的实际情况对维护、操作人员进行培训，让生产一线人员提出工作中遇到的难以解决的问题，大家深入讨论，由专业人士进行研究和解答。由于操作人员的文化程度不等，也应对内部员工不定期地进行DCS方面基础知识的培训，让他们由浅入深提高DCS知识和应用能力。

5 总结

DCS的接地技术是非常重要的技术，在系统设计、实施及运行维护过程中必须给予高度的重视。在DCS系统生产运行中由于接地的故障导致经常出现的死机、信号莫名其妙的跳动或时好时坏，约占到故障总数的一半以上。因此，供电和接地的问题绝不容忽视。因此，必须遵循DCS系统接地的各项原则要求，精心地施工和维护，按照技术规范，严格处理和应用好系统的接地，才能保证DCS系统长时间地提供稳定、可靠的服务。

［1］《火力发电厂分散控制系统技术条件》（DL/T1083-2008）.

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［3］张 聪.论述DCS系统的接地［J］.中国科技纵横，2014（5）.

［4］巩伟国.火力发电厂DCS接地系统抗干扰措施探讨［J］.内蒙古石油化，2014（5）.

［5］王小凤.火电厂DCS接地系统的分析与设计［J］.中国仪器仪表，2014（5）.

［6］戚捷.通信机房设备与接地系统研究［J］.中国海洋大学学报，2007（3）.

Discussion on grounding system of DCS

Zһou Wei
（Jiangsu Jingsһen Salt & Cһemical Industry Co.，Ltd，Huaian 223200，Cһina）

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

DCS grounding； bad grounding； һarm； maintenance

周伟（1980— ），男，江苏淮安人，助理工程师，技师，硕士；研究方向：DCS维护，热控相关。