DCS电磁干扰的抑制与接地

吕书山

摘 要：在DCS系统的应用中电磁干扰是危害其安全性、可靠性的重要因素。电磁干扰是DCS装置出现瞬时故障的主要原因。电磁兼容性在这些设备的安装过程中是考虑的一个重要原则，它的核心是抑制電磁干扰。电磁干扰的抑制要从干扰源、传播途径、接收器3个方面着手，切断干扰耦合的途径，干扰的影响也将被消除。常用的方法有降低或消除公共阻抗、屏蔽、隔离等。本文从安装调试的角度，概括性的介绍了DCS系统接地和屏蔽层的接地方法，并指出了其设计、安装、调试过程中应注意的问题和解决方法。

关键词：电磁干扰 接地 DCS 屏蔽层接地处理

中图分类号：TK32 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）09（c）-0045-03

DCS（Distributed Control System）即分布控制系统，又称集散控制系统。自20世纪80年代中期进入我国以来，其先进性、可靠性与实用性在工业领域中广泛应用，已成电力行业的一种常规工业设计。在电力线附近由于磁场的变化会引起电磁感应，当信号线靠近电力线时就会在由于电磁感应在信号回路产生干扰，这种干扰会影响测量显示不准。如果电力线（大电流）离操作台较近时，则会引起CRT画面的晃动、变形、变色等；与高压线的分布电容会诱发静电感应，在已绝缘的器具或人体上产生电荷，这些电荷瞬间放电会产生静电干扰，这种干扰轻则引起装置的误动作，重则烧坏电路器件。此外，控制柜（台）各个逻辑地之间出现不等电位会对DPU产生干扰，严重时会造成控制紊乱，还可能冲击RAM中的程序。工业控制的计算机涉及的信号类型繁多，现场工作环境恶劣，为了保证DCS能够可靠运行，保证人身与设备安全，则需要一个严格、可靠的接地。质检中心站的专家在质量检查DCS时也将接地情况作为重点检查对象，而其接地问题始终未引起人们足够的认识，郑州新力三期2×200MW机组DEH转速表在低转速出现跳变，郑州泰祥电厂2×135MW机组#1机组ETS误动，都与现场信号屏蔽线的处理不当有关。

1 电磁干扰控制的主要方法

在DCS的设计、安装和调试工作中采取以下方法来控制电磁干扰的产生。

（1）弱电线号（变送器、测温元件等）电缆应避免和强电导线相互平行铺设，更不能捆扎在同一束电缆中，或两种信号使用同一根电缆。

（2）同一信号回路的两根线必须在同一根电缆中。弱电信号回路的公共线应与同一个测量回路的另一根线，不得借用大地作为信号传送导线（如图1所示）。

（3）弱电信号回路不应与强电系统共用接地线（在信号源侧接地时尤为重要）。

（4）弱电信号测量可利用对芯绞线抑制电磁干扰的影响。

（5）信号电缆必须敷设在金属槽盒内，对于温度补偿导线，应敷设在独立的槽盒内。

（6）屏蔽电缆的屏蔽层应采用“一点接地”的原则，不能采用裸屏蔽，以防止屏蔽层与其他金属导体或结构接触时形成通路，造成地电流或地电压的干扰。

2 接地的概念

接地就是要与地同电位。因为高电压大电流对人身安全有威胁，当设备和导线绝缘时可能导致机壳带电，接地能使机壳电位接近于零电位或启动保护装置切断电源，保证人身和设备的安全，这就是所谓的保护接地。DCS装置内各部分都是由电子电路组成的，它们各自的直流工作电位不同，因此必须有一个统一的参考零电位，一般情况下这个零电位是通过接地获得的，这就是所谓的直流地（又称逻辑地或信号地）。对DCS装置来说，“地”指的是基准电位点，接地就是使与基准电位点的各点连接。一方面是输入、输出信号有公共零电位，使得各级电信号之间有一个基准电位做参考；另一方面也是屏蔽层接至基准零电位以抑制电磁干扰的需要。

地电位十分复杂，大地本身各点电位经常是不同的，为了尽量减少干扰的影响，一方面减少地线的阻抗，使装置各个部分接地间的电位差接近于零；另一方面采取“一点接地”的原则，即整个系统的接地最终接到一个接地点上，每个信号回路的屏蔽层接地只允许一个接地点。

3 DCS装置接地

DCS装置接地包括机柜（台）接地处理和屏蔽层接地处理。

DCS机柜（台）都备有接地棒，机柜（台）的接地棒有两个：一个是机箱绝缘的称逻辑地（PG）；另一个是与箱体连通的称为（CG），一般状况PG与CG在机柜（台）是连通的。

原则上，各个机柜和控制台的接地应分别连接，但对于安装在同一个室内的机柜（台）可以确定一处作为接地线的引入点，从该点与各机柜和控制台相连。对于不设接地母线引入点的场合，可将接地母线引入中央位置的机柜内，然后其他各机柜和控制台再与该机柜的接地连接。接地线均采用W型单芯电缆，不可用裸芯线代替。

作为原则，应如图2所示，机柜和控制台分别接地。

在有接地母线引入点的场合，可采用图3所示的方法接地。这时，机柜（台）与引入点之间用10mm2的接地线，接地母线用70mm2接地线。接地母线“引入点”采用δ=10mm的铜板制作，铜板固定在胶木板上，与桥架或机壳等绝缘。

如果没有接地母线引入点，则必须将接地母线引入某个机柜内，按照图4的方法接地。中央机柜（台）与其他机柜（台）之间使用10mm2的接地线，接地母线用70mm2接地线。

本系统的控制柜（台）尽量避免与系统外的仪表盘柜或控制柜联接，如果需要联接时则采用图5所示的方法，先将其盘柜与地面绝缘后再联接。

4 电缆屏蔽层的处理

现场设备与DCS机柜连接的所有电缆的屏蔽层，原则上应在机柜侧接地，就地一侧浮空。如果信号源（特殊的测温元件或变送器等）是属于接地型的，可考虑在就地侧接地，机柜侧浮空。浮空的一侧其屏蔽层剪去做进包头内，不允许与其他设备或外壳相碰。

机柜（台）侧的每根电缆屏蔽层都应取出（信号源接地的屏蔽电缆除外），用塑料单芯软线与之焊接连接，接至接地铜棒上，如图6所示。电缆屏蔽层（一般为铜网）引出点应保持绝缘或在电缆作头时将屏蔽引出焊接点一并包扎在内。接地软线应整齐排列、美观，最好放置在隐蔽处。对要求屏蔽线接到信号端子板上的屏蔽电缆，其屏蔽层不可接至接地铜棒上，但接地端子与铜棒是相通的。endprint

当信号源接地时，电缆屏蔽层接地点应放在现场信号源附近（此时机柜侧应浮空），屏蔽线不能直接接到信号源的外壳上，应与信号源外壳或接地端子可靠连接后，用导线接至整个接地金属上。

同一个测量回路的电缆屏蔽层应有电气连续性，有中间端子箱的地方，屏蔽处理可按照图7所示，屏蔽层的连接处应与箱体保持绝缘，即用塑料带或绝缘胶带包扎好。

DCS柜台与柜台之间的屏蔽处理原则上是DPU柜侧接地，另一侧浮空，不允许同一根电缆屏蔽层两侧都接地。

5 最终接地点的选择

DCS所有机柜（台）的接地最终是通过接地母线接至厂房的主接地网上。主接地往分两种情况：一种是电气设备接地网；另一种是计算机专业接地网。DCS厂家要求各不相同，有的厂家要求接在电气接地网上，有的要求接在计算机专业接地网上。

电气接地网主要是为适应电气设备接地要求而安装的接地系统。电气接地网包括室内网和室外网。室外网是在厂房外围绕各建筑物埋设（-0.8m），在土建进行厂房基础浇筑配合施工；室外网是在厂房内各主要设备安装前施工（0m），室内网与室外网焊接连接，接地线连接至电气网的，接地母线与接地网的连接可选在厂房0m或电缆隧道的竖井口下，与接地极較近的接地扁铁上。接地母线用铜鼻子压接，接地扁铁应打磨，采用镀锌螺栓连接牢固。

电气接地线可能存在当电气设备启停是，强大的地电流可能造成地电位的差异，引起地电位对DCS系统产生干扰。为了消除干扰，可采用计算机专用接地网，这种接地网连接，一方面与电气网独立埋设，可避免地电流的影响；另一方面采用接地网土壤的特殊处理，可降低接地电阻阻值。

专用接地网的埋设要求如下。

（1）接地网深埋2m，要求用粘土或黄土拌金属矿渣粉回填、夯实。

（2）接地网与其他接地部分之间大于5m，周围10m之内不得有避雷接地系统。

（3）接地母线与独立接地网之间的电缆用穿管形式，整个接地网的交叉处应可靠焊接。

无论何种接地网，其接地电阻都应尽可能小，接地完毕后应用专用测量仪表进行测量，其接地电阻（包括接地母线电阻）一般不大于1Ω。

6 结语

总之，DCS接地直接影响这DCS运行的可靠性与精确性，必须得到充分重视。根据对DCS系统常见问题的分析及其相应抑制措施的分析，可以看到，为了增强系统抵抗电磁干扰的影响能力，就需要采取相应的抑制措施。这些措施必须要有针对性，以可靠保障屏蔽或防止干扰型号的窜入，从而保证整个控制系统能可靠、稳定正常运行。

参考文献

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