工厂控制系统及仪表接地技术分析

摘 要：工厂控制系统及仪表的接地已成为自动化控制系统工程设计的一个重要的组成部分，本文结合工厂控制系统及仪表接地的工作原理，根据相关接地规范及标准，论述接地工程的设计方法，并结合实际应用进行了探讨、分析。

关键词：控制系统 仪表 接地 规范

0、引言

目前，自动化控制系统已成为工业生产中的重要组成部分，而合理准确的进行系统接地是确保工厂控制系统及仪表可靠、准确的运行、抵抗各种干扰的重要前提。

对工厂控制系统及仪表进行接地的目的主要有两个：一是为人身安全和电气设备的运行，包括保护接地、本安接地和防雷接地等；二是为信号传输和抗干扰的工作接地，但二者又是相互关联的，不能截然分开。

1、 保护接地

保护接地是为人身安全和电气设备安全而设置的接地（一般也称为“安全接地”），仪表专业的保护接地与电气专业的保护接地作用一样，属于低压配电系统的接地范畴。因此，可以按照电气专业的相关规范、标准和方式根据设计图纸的实际情况进行实施。在实际应用中，按照行业规范如果现场仪表的供电电压为36V及其以上时，其外壳、仪表盘和电缆槽、保护管、支架、底座等正常不带电的金属部分就近做保护接地处理；如果现场仪表的供电电压为安全电压时（目前仪表的工作电压为DC24V），当设计文件无特殊要求时，其外壳的金属部分可不做保护接地处理；根据等电位连接原则，仪表用电的保护接地应当分类汇总后接入电气接地系统。

在国家最新的行业标准GB 50093-2013 《自动化仪表工程施工及质量验收规范》中指出：在非爆炸危险区域的金属盘、控制板上安装的按钮、继电器等小型低压电器的金属外壳，当与已接地金属盘、控制板接触良好时，可不做保护接地。

2、仪表工作接地

工厂控制系统（DCS系统和PLC系统）及现场仪表（压力、流量、温度等变送器）工作接地的目的是抗干扰，保护仪表信号的准确。工厂控制系统及仪表工作接地从作用上可分为屏蔽接地、仪表信号接地等。

2.1 屏蔽接地

仪表屏蔽接地在实际应用中分两种形式。一种是电缆的保护管、电缆槽等接地，一般每隔20～30米做一处接地，且电缆保护管、电缆槽的连接处还要做跨接线处理，这类接地应与装置电气接地网相连，属于等电位连接的形式；另一种为信号屏蔽电缆、屏蔽层或信号电缆的备用芯接地，一般做法是采用单点接地的方式，即设备除了规定部分按规范进行接地处理外，该设备的其他部位都应严格与一切金属导体的构件相互绝缘。例如：流量计的二次表、煤气报警器等变送器内部电路多数是不接地的，因此仪表信号电缆的屏蔽层一般在控制室一侧进行接地，现场侧不做屏蔽接地的处理。

2.2 仪表信号接地

仪表信号接地分隔离型信号与非隔离型信号。隔离型信号一般可以不接地。这里的隔离应当是每一路输入信号（或输出信号）的电路与其他输入信号（或输出信号）的电路是相互绝缘的，对大地也是绝缘的，其电源是独立且相互隔离的。

非隔离型信号通常以DC 24V电源负极为参考点并接地。信号分配均以此为参考点。这种电路的共模抑制电压通常都很小，接地是消除此类干扰的主要措施。接地工程设计时应当注意避免设备工作时在地线上产生电压降，而造成对信号产生干扰。目前非隔离型信号的变送器类的仪表应用场合和范围都不大。

仪表信号公共点接地均应从连接端子排或汇流条接到接地汇总板上，这实质上也是等电位连接的一种形式。仪表非隔离信号接地，虽然最终是与电气接地相连的，但不应直接与电气接地随意混接，应当是符合“分类汇总，单点接地”的接地标准。仪表工作接地的连线应当采用多股铜芯绝缘导线，在接至接地汇总板之前，各接地线、接地汇流条除正常的连接点外，都应当是绝缘的。最终与接地体或接地网的连接是从接地汇总板单独接线的。

工厂控制系统及仪表信号绝大多数是低频信号，低频信号接地的原则是单点接地，信号回路中应避免形成接地回路，如果一条线路上的信号源和接收仪表都不可避免接地，则应采用隔离器或隔离栅将两点接地隔离开。

对自动化控制专业而言，设备的保护接地、仪表工作接地、本安系统接地最终在接地总汇流排上连接在一起，合用接地极，最终实现等电位连接。

3、本安系统接地

安全栅分为隔离式和齐纳式两种。隔离式安全栅采用隔离保护技术，它即是具有隔离器的功能，又兼安全栅的属性。其本身由于其工作原理，不需要专门作接地处理，而齐纳式安全栅则根据其保护工作原理需要良好的接地系统。本安系统接地通常讨论的是齐纳式安全栅接地问题。

非本安区域的电源故障有两种，一种是直流短路，通常两线制或三线制变送器就是由24～30V直流电源供电的，因此齐纳式安全栅接地必须应与直流电源的公共端相连接；另一种是交流短路，为实现保护功能，齐纳式安全栅安全栅接地又必须与交流供电的中线相连。这就决定了齐纳式安全栅安全栅接地最终应是电气系统接地。 齐纳式安全栅接地汇流条与交流供电的中线始点相连的最简单可靠的方法是用导线连接。

4、 DCS系统及PLC系统接地

接地依据DCS系统（集散型控制系统）及PLC系统（可编程序控制器）的设备可分为信号处理部分和数据处理部分。信号处理部分就是控制器、检测器的输入、输出（I/O）部分。这与常规仪表是一样的，属于仪表工作接地。《石油化工仪表接地设计规范》的有关叙述，数据处理部分有控制器、操作台、工程师站等各处理机或称网络站点设备。这些设备的实质是微机、工作站、小型机等类型的计算机。而这些设备的接地是保护接地，其开关电源、主板等器件或板卡的接地，或浮空或与机壳相连。

5、接地电阻

对于TN-S结构的电子系统，接地需要接到统一高度完整的接地点，连接方式应保证这一点接到主电源系统接地点之间的阻抗小于1Ω。”

按JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》中规定，电子设备接地电阻值不宜大于4Ω。

电子设备接地宜与防雷接地系统共用接地网，接地电阻不应大于lΩ。防雷接地电阻应当按国家标准GB50057-94《建筑物防雷设计规范》的规定，不应随意降低。

6、结论

为实现接地的各种目的和实施接地工程的各种方法的基本原则，是等电位连接。接地工程是由多个环节组成的，每一环节的缺陷的故障都会影响到接地系统的效果。接地工程的效能也是综合结果。 实践证明，正确的选择好接地点，完善接地系统，不仅能在工厂生产中保护人员不受电击伤害，更能保证设备的稳定运行，使信号传输更准确、可靠，最终实现工厂生产的顺稳。

参考文献：

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作者简介：

杨硕（1987-），男，回族，吉林省通化市，本科，助理工程师，从事电气设备维护工作。

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