DCS系统的接地问题和抗干扰措施

刘一帅

（ 中国华电集团哈尔滨发电公司黑龙江哈尔滨 150040）

0 引言

现代大型发电机组分散控制系统(DCS)已是一种标准模式，是监控控制机组起停和运行的中枢系统，其安全可靠与否对于保证机组的安全稳定运行至关重要，随着计算机技术和现代控制技术的飞速发展，DCS对机组监控覆盖面日趋完善，其渗透深度也在加大，已不仅仅局限在热工监视控制及大联锁等，发电机变压器，厂用电系统，励磁系统，汽轮机电液控制系统(DEH)也逐步纳入到DCS控制系统中来，机组的安全稳定越来越依赖于DCS系统，而DCS系统抵御事故的能力，抗干扰的能力及系统的接地系统的设计就显得很重要。下面就DCS系统的接地问题和抗干扰问提进行探讨。

1 DCS系统的接地问题

DCS系统的正确接地十分重要，因为他能提供一个供电返回通道，从而使系统中的信号有一个公共参考点。它保证了系统中的模拟量测量电路有一个稳定的参考点，使外部干扰对系统的作用最小。由于提供了一个返回通道，使得从外部信号进入系统的交流噪声的影响变为最小。总之DCS系统的接地系统应当这样建立，供电返回一部分。模拟信号参考一部分，机柜和外壳为另一部分，这三部分应当互相隔离，但要在一点上连接起来，以保证系统各个部分有一个公共的电位，理想情况下，如果有某类电干扰，系统各部分仍将在同一个相对电位点上，从而使系统在干扰期和干扰后能正常进行。

1.1 参考地

参考地定义为大地地，由接地排或接地网形成，参考地的目的是为了系统测量电路提供一个公共参考点。DCS系统的公共点至接地网(或接地排)之间的电阻规定小于或等于1MΩ，DCS系统接地点宜接在电气接地网上，当DCS生产厂家要求DCS系统设专用接地网时，可设置DCS专用接地网，专用接地网与电气接地网防雷接地网之间的距离应大于10M，建筑钢架或交流安全地不能用作参考地。

1.2 机柜接地

在机柜中有四种基本类型的接地。

(1)机柜地

机柜地在每个机柜中都有接地柱将各个机柜连接起来。最后再把这些机柜的公共接地点和参考地连接起来。这些环路屏蔽和暂态抑制返回通道的作用，应该注意的是导线管铠装电缆和电缆支架应和机柜金属构件以及信号公共点和电源地绝缘，应提供一个和建筑钢架单独的连接，以消除金属构件中的环流。

(2)安全地

安全接地也称为保护接地，用于所有需要交流电源的硬件单元。交流电源接线中的保护地引线和电源电源底板的端子相接，然后可通过电源安装螺钉和机柜地相接，当发生短路时这个地可以保证操作员的安全，而不是为了暂态抑制。

(3)电源地

电源地是直流电源的返回通路，它是给定机柜中所有安装设备的电源的公共部分。

(4)信号公共地

信号公共地亦称为逻辑地，是机柜中模拟测量信号的参考点，可以抑制来自信号和供电系统的噪声干扰，信号公共地和电源地的总线汇流排要绝缘。

总之，机柜中的四种类型接地都应有一自己的公共接地点，且相互间应该绝缘，然后他们在分别接至系统的参考地。

1.3 DCS系统信号线的屏蔽层接地点选择符合下列要求

①信号源在测点现场的测点，屏蔽线的屏蔽层在现场接地。

②信号源在测点现场不接地的测点，屏蔽线的屏蔽层DCS侧接地。

③当模拟仪表和计算机(DCS)供用传感器时，去模拟仪表的信号电缆选用和去计算机(DCS)的信号电缆相同的屏蔽电缆时，屏蔽层和去计算机(DCS)屏蔽电缆的屏蔽层接在一起后，按上述(1)(2)的原则选择接地点。

④计算机(DCS)各逻辑部分间接口电缆的屏蔽层接在一起后在主机柜处用绝缘的导线与地线汇集板牢固连接。

还有一种情况是计算机系统采用浮地方式运行，这就要求整个计算机系统在各种情况下对地绝缘状态比较稳定。但是浮地方式可能会对运行维护人员造成静电电击。

2 DCS系统接地安装检查

现在市场上有很多DCS厂家，对接地系统要求也有所不同。大多数DCS系统采用的是侧屏单点接地的方案(可抗电场干扰，需要周期性的检查接地回路)，有些DCS基于信号参考电势的表面接地和多点接地原则，采用多点接地方案(电缆屏蔽两侧均接地，可提高电磁兼容性，不需要检测接地故障，当出现大电流用户接地故障的情况下，屏蔽层可保证有足够的通流能力。但要求在任何情况下电缆屏蔽层的两端接地电势差小于5V)。虽然随着技术水平的发展，DCS对接地的要求也有所降低，但在无厂家明确说明的情况下，还是应按常规接地系统的要求进行检查:

(1)检查控制系统应使用专用地极，地极同厂区地网相连接，周围(大于10M内)无避雷针地极和大型电力设备地极;所有从地极上的引线都应是焊接的;地极的接地电阻应小于5Ω;地极间的电阻应小于1Ω。

(2)控制系统接地，一般有信号地(屏蔽层接地)和保护地(机柜地和电源地等)，也有的控制系统合并为一个地，相对应的每个控制柜有信号地和保护地，而每个端子柜只有保护地。检查确认各机柜的响应接地线已可靠连接，并由两根铜芯电缆分别引至总接地板。连接线的线质、线径、线色应满足规定要求。

(3)断开机柜与信号地线和保护地线的连接，用欧姆表测量接地导线与机柜之间的电阻应小于1(0.5)Ω，否则应采用措施。断开每个机柜接地线与外界的联系，用万用表检查柜内信号地和保护地相互间、与地间、与机柜间电阻，任意两者之间应大于2MΩ。如不满足要求，应按机柜接线图查找原因。

(4)除非制造厂有明确的说明 ，否则同一信号回路或同一线路的模拟量信号线屏蔽层，均应在控制系统端子排除接地，以保证一点接地。断开信号屏蔽层的接地，用普通万用表测量屏蔽层与地之间的电阻应大于2MΩ。否则，说明有屏蔽线两端接地，应逐一断开屏蔽线，找到与地短接的屏蔽线加以更正。一般开关量信号无需屏蔽接地，但必须保证控制系统输入开关量是一个单独的无源触点，切不可与其他系统共用一个输入触点或串入高电压，否则可能损坏模块。

3 DCS系统的抗干扰措施

大型单元机组采用DCS系统，由于广泛采用电子器件和微处理器，采用数字化传输等，易受电厂各种干扰源的干扰，又由于DCS系统监视控制点多，分布范围广，传输距离相对较远，所处环境恶劣，电厂中的高电压和大电流产生的强电磁场，局部环境温度的高梯度分布。谐波电源的存在，无线通信(对讲机，移动电话)的广泛使用，以及这些干扰的幅值时间的随机性等等，另外，当前现场信息传输仍以模拟量和开关量为主，尽管有时干扰很小，一旦进入装置，输入端，而所采取的抑制措施又不及时，经装置放大后，极易造成误差，给电厂值班人员的判断处理带来困难，而对于数字量传输信息，由于强干扰的存在，又未能有效进行抑制则可能造成通信系统的破坏，使DCS系统不能正常工作，甚至造成不必要的损失。

下面是对于DCS系统的干扰信息的抑制措施:

要消除干扰信息最彻底的消除干扰源是最理想的但往往受到技术经济等因素的制约，因此现实的办法是采取抑制措施，减低干扰幅度，保证装置的灵敏度，精度和可靠性的要求，从而保证单元机组的长期稳定运行。

3.1 输入电路的抗干扰措施

DCS系统输入信息的干扰形式是多种多样的，处理起来比较麻烦，抑制这些干扰信息时应根据其电路的功能信息类别可能的干扰形式，认真细致的查找，反复测试信息的输入采用共模输入较多，但由于信息取样点的地电位差值或输入参数对称性欠佳等易是其转化为差模干扰，采用减小取样点与装置输入接口间电位差值或改善输入电路元件的参数，保证优良的对称性，等措施均可减少共模电压值，而采用差模输入时，采用PC，PE电容即可滤掉干扰，或增加延时等修改软件的办法均可收到明显的效果。

3.2 接地

DCS系统的接地系统和输入电路中采样点电位是常见而又比较重要复杂的问题，既接地问题，详见上一节。

3.3 电源及谐波

为提高DCS系统的工作可靠性稳定性，通常都采用不停电电源，UPS作为供电电源，UPS一般由整流逆变及旁路供电部分组成。当采用整流逆变方式运行时，由交流侧取得有功功率，可由整流逆变排除电网谐波的影响，然而在逆变为正弦波的过程中，逆变功率变压器的结构，参数分布，整形电容的电容量稳定性以及这些元件间的分布电容，对谐波的形成和谐波的次数均有影响，而当采用旁路运行时，除交流侧电网存在有谐波影响外，旁路隔离变压器的结构。参数及负载饱和程度也会影响到谐波的产生，为了减小谐波必须在装置交流电的输入源侧采用高质量的隔离变压器或增设滤波电容。

另外电源电缆和信号电缆在敷设时要遵循一定的原则。

(1)在同一根电缆中只能传送同一类信号，变送器的信号和电源不得用同一根电缆传送。

(2)低电平输入信号通过强电磁场区段时信号电缆须穿入钢制电缆管内敷设，电缆管应良好接地。

(3)低电平输入信号应选用屏蔽电缆。

(4)计算机信号电缆与动力电缆等多类电缆走同一电缆通道时，各类电缆应分层敷设，各类电缆由下往上的排列顺序是计算机信号电缆，一般控制电缆层，低压动力电缆层，高压动力电缆层。

(5)计算机信号电缆与动力电缆之间应保持有最小的允许距离。

4 温度和温度场

在现场会经常碰到温度和温度场干扰的问题，以热辐射形式出现的温度场干扰即可表现于输入电路中，也可出现于整个装置的空间，只要改善温度场的梯度增强热量的传播，一般说来温度场干扰是可以抑制的，DCS制造商对温度湿度等都有明确规定，如果DCS机柜温度过高，可能发生装置功能紊乱，甚至造成保护误动停机。

5 结语

上面就DCS系统的抗干扰和接地方式进行了初步探讨，实践证明，这两方面的问提是DCS系统正常稳定运行的前提和基础，只有这两方面做好了，处理DCS缺陷才有可能有条不紊，有序可查，否则容易出现一些偶然发生和很难推理和理解的故障，容易把缺陷的处理导入误区。

［1］朱北恒.火电厂热工自动化系统试验［M］.中国电力出版社，2007.

［2］王森.DCS系统信号干扰与接地［J］.科技创业，2010.9.

［3］丁仰春.关于DCS系统中干扰问题及探讨［J］.工业控制计算机，2009.1.