摘 要：结合集散控制系统(DCS)的技术特点和要求，对控制系统关联的各种信号的接地问题及电源配置连接问题进行了详细阐述。
关键词：DCS系统,系统接地,系统电源安装
引言
DCS系统由工程师站、操作员站、系统服务器、现场控制站、高级计算机站、管理网网管、通信控制站及网络等做成，用以实现大、中型分布式控制及大型数据采集监控功能的计算机系统。每一现场控制站内的各I/O单元和主控单元通过控制网络连接起来进行通信，各现场控制站、服务器、操作员站和工程师站等通过系统网络和监控我罗连接起来，构成整个控制系统，合理准确的接地和电源供给是保证DCS系统运行安全可靠、系统网络通讯畅通的重要前提，错误的不仅会引入干扰，严重时有可能会导致整个系统无法正常工作，因此本文将讨论电源的合理安装及其相关的接地问题，在总结多年来DCS系统的现场应用经验的基础上，以杭州和利时公司的MACS集散控制系统为例，对控制系统相关的电源安装和接地方法进行详细的阐述。
一 系统接地
1 DCS系统接地要求
当进入DCS系统的信号、供电电源或DCS系统设备本身出现问题时，有效的接地系统可以迅速将过载电流导入大地，避免对人员的触电伤害和设备的损坏。接地系统还能够为I/O信号提供屏蔽，消除电子噪声干扰，防止设备外壳带电或者静电积累，避免造成人员的触电伤害及设备损坏。
在一般情况下，DCS控制系统需要三种接地：逻辑地、保护地和屏蔽地。
保护地(CG，Cabinet Grounding)是为了防止设备外壳的静电荷积累、避免造成人身伤害而采取的保护措施。MACS系统所有的操作员机柜、现场控制站机柜、端子柜等均应接保护地。
逻辑地 即系统电源地，是为了DCS电子系统提供可靠性和准确性的参考点。
屏蔽地(AG，Analog Grounding)它可以把信号传输时所受到的电磁干扰屏蔽掉，以提高信号的质量。进入DCS系统中I/O信号应做屏蔽接地。
DCS系统，一般把逻辑地和屏蔽地接在一起。
对于装有安全栅防爆措施的系统如化工行业所用系统，还要求有本安地。本安地的接地系统应白痴独立，与厂区电气地网或其他仪表系统接地网的距离应在5m以上
接地电阻必须用专用的测量仪表进行测量，接地电阻的测试方法是
用手摇式接地电阻测量仪，此方法必须离线测量。测量时系统需断电，将系统地线从机柜上拆下，接至仪器的测量端。另外还需打两个测量用的接地桩，与系统接地体间隔30米一字排开。接地桩用导线连至测量仪。
使用潜行接地表。此方法可在线进行，但系统与地必须构成回路?(不是在系统地的接地体上短路)。必要时可埋设一测量用的地桩，接至机柜的接地端，用后拆除。使用此方法注意不要在信号线和网线上测量，以免发生干扰。
如要求不严格，一般检测一下，假设接地体处(地桩)的接地电阻为零，可从接地体处(地桩)引线接至DCS机柜，而引线的电阻可直接测出，测出的电阻减去引线电阻作为接地电阻。
2 接地系统设计的简要规定
下面简要介绍的仪表接地系统设计中对接地方法、接地网干线和接地连线的规定。
2.1接地体安装
单独接地体安装，如图2.1-1，图中：
接地总干线 DCS系统通过公用连接板将各接地分干线汇总，并由公共连接板引出接地总干线，连接至接地体。公用连接板应采用铜板制作，并应设置在接地连接箱内，与箱体绝缘。
接地体为钉入地下的良导体，由接地总干线传来的电流通过接地体导入大地。接地体与接地总干线之间采用铜焊，焊接后应做防腐处理。
本安地必须独立设置接地体。
可利用接地网干线把多个接地体连接成网。
当接地网干线与接地体采用搭接焊时，其搭接长度必须为扁钢宽度的2倍或圆钢直径的6倍。如图2.2-2为典型的多接地体安装图。
2.2 接地体与接地网干线的材料要求
接地体和接地网干线所用钢材规格可按表2.2-1选用，若接地电阻满足不了要求时，也可选用铜材。如果接地体和接地网干线安装在腐蚀性较强的场所，应根据腐蚀的性质采取热镀锌、热镀锡等防腐措施或适当加大截面。
2.3 接地连线要求
MACS系统的保护地和屏蔽地连线应使用铜芯绝缘电线或电缆连接到厂区电气专用接地网或接地体上。接地分干线宜选用绝缘铜芯线，截面不小于6mm²，接地总干线宜选用多股绝缘铜芯线，截面不小于16mm²。
3 DCS系统的接地方法
DCS系统保护地和屏蔽地一般单独设置，当厂区电气专业接地网接地电阻≦4Ω时，也可直接接当厂区电气接地网，但是在接地连接处20米内不能有强的电流输入点。
接地线与现场机柜之间的连接，接地线与公用接地板之间的连线，接地总干线与公用连接板之间的连接，应采用铜质螺栓紧固。为保证多股胶合线与螺纹端接触良好，宜设置铜制铲形接线片。
3.1操作台的接地方法
操作台接地的目的是消除操作站主机工作时产生的感应电压，以维持操作台主机的正常稳定工作。另外当强电意外的接触到操作台柜体时，可以将电流迅速导入大地，避免对人员的触电伤害。
给操作台铺设的接地线，一端从地线的公共连接板来，一端连接到操作台柜体的螺钉上，如隔板的固定螺钉。
如果电源接线板上的接地端没有和操作台柜体相连，那么需要人为增加一根电缆将操作站主机机壳与柜体相连，电联一端连接到操作台柜体的螺钉上，一端固定在操作站主机机壳的螺钉上即可。
3.2 I/O控制柜接地方法
3.2.1总体接地原则
把整个系统尽量区分为“保护地”、“屏蔽地”，做到不混用。
两种接地最终处汇入一点接地。
接地线连好之后，从I/O控制柜的接地螺钉处和屏蔽地汇流条处测量的接地电阻应小于4Ω。
3.2.2柜内接地的连接
1)保护地的连接：
DCS设有专门的接地螺钉，各个现场控制柜的保护地之间可以通过铜导电缆(φ6以上)串联在一起，最后介入公共连连接板。
接地电阻应小于4欧姆。
2)屏蔽地的连接：
屏蔽地通过柜内各个分汇流排汇入总汇流排，再通过铜导电缆(φ6以上)单独接至公共连连接板。现场信号的屏蔽层要求单端接到屏蔽地汇流排。通讯电缆屏蔽层也要与屏蔽地汇流排连接。
4DCS接地系统
按上述要求最终形成的MACS接地系统如图4.1所示。
二 电源配置及连接
1电源要求
DCS系统实现对现场信号的实时监测、记录并对现场进行实时控制，要求系统的电源必须保证连续不间断地供电。
系统对电源的基本要求如下：
电压：单相220VAC+10%～220VAC-15%
频率：50HZ±2HZ
泼形失真率：小于3%
2DCS系统交流电源输入
DCS系统一般配备有电源配电柜，现场提供的两路电源进入配电柜，一路由UPS来，另一路由厂区保安段来，经过分配后，分别供给操作员和I/O控制站等。
对于操作员站，电源配电柜通过专用的电源冗余切换装置为它供电。
对于服务器，由于它在系统运行中的重要地位，所以互为冗余运行的两台服务器分别由UPS和厂用电供电。
对于I/O控制柜，需要将UPS电源和厂用电分别送给互为冗余的两个电源模块，经过冗余电源输出的24VDC/48VDC供给主控单元或者I/O模块使用，继电器柜和ETS柜等可能使用朝阳电源为继电器供电，其他电原理与I/O控制柜相同。
如果现场系统没有配备电源配电柜或者现场不能提供双路电源，那么为了保证DCS系统的安全稳定运行，应至少提供一路UPS电源。
最理想的DCS系统供电方式为：厂用一段来220VAC或380VAC经过DCS系统专用的UPS后送入电源配电柜，厂用二段单独引来的220VAC送入电源配电柜。经过电源配电柜的切换装置输出的电源应以UPS电源为主，因为经过逆变后220VAC电源质量较好，有利于操作站等的稳定运行。
3 DCS系统供电
3.1操作员站(工程师站)、服务器的供电
DCS系统专用操作台出厂时一般都配备了电源接地板和空气开关，由电源配电柜引过来的220VAC电源的直接接入空气开关入口即可。电源接线板的地线以及公共连接板来的地线都应当连接到操作台柜体的螺钉上，如隔板的固定螺钉。
采用主机柜安装，每台主机应当由电源配电柜单独提供一路电源供电，电源一般通过连接线端子转接。电源接线板的地线以及公共连接板来的地线都应当连接到操作台柜体的螺钉上，如隔板的固定螺钉。
DCS系统的服务器一般暗转在服务器柜内，两台互为冗余的服务器分别由UPS电源和厂用电电源来供电，电源一般通过连接线端子转接。电源接线板的地线以及公共连接板来的地线都应当连接到操作台柜体的螺钉上，如隔板的固定螺钉。
3.2I/O控制机柜的供电
现场控制机柜(I/O控制站，继电器柜。ETS柜等)需要两路电源：UPS电源和厂用保安段电源。
对于I/O控制站，两路电源分别接到机柜背面左上方的两个空开入口即可，每个空开的两路进线分别对应左(N)，右(L)。与电源同时送来的交流电源保护地，应连接在机柜的保护地螺钉上。
220VAC电源经过空开后，接至主控机笼底板上的220VAC电源进线端子上，如图3.2-1所示，图中，L为火线，N为零线，E为保护地线。
220VAC电源接入主控机笼后，通过机笼底板为开关电源模块供电，其中第一路220VAC电源为1N、3N、5N电源模块供电，第二路220VAC电源为2N、4N、6N电源模块供电，如图3.2-2所示
参考文献
[1] DCS系统接地应用探讨 梅陟明 2006湖北电力
[2] DCS系统接地防护措施 刘晓峰 2007 电气应用
[3] 杭州和利时DCS系统电源安装王晓磊 杭州和利时2006
