仪表控制系统中接地的应用

摘要：控制系统的可靠接地，是保证石化生产厂控制系统安全，装置可靠运行的首要条件。根据对石化生产厂的控制系统安装维护的现场实际经验，文章从六个方面详细地对仪表控制系统的接地要求、控制系统接地分类、接地方式、接地原则、注意事项等方面进行了探讨和简要介绍。希望能够对仪表日常检修及维护提供帮助。

关键词：控制系统 仪表 接地

中图分类号：TP151 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0086-02

随着石化工业的迅速发展和自动化控制水平的提高，控制系统已在国内各石化生产厂中得到广泛应用，这对保证化工生产厂安全、经济和文明运行起到了十分重要的作用。从而也对仪表接地系统的要求越来越高。正确完成仪表接地系统，对保证设备及人身安全，保证装置安全运行意义重大。

合理、可靠的系统接地，是控制系统非常重要的内容。为了保证控制系统的监测控制精度和安全、可靠运行，必须对系统接地方式、接地要求、信号屏蔽、接地线截面选择、接地极设计、接地箱布置等方面，进行认真设计和统筹考虑。根据仪表控制系统的设计规范要求，对控制系统接地进行讨论和简要的介绍，以供大家在控制系统设计、安装、维护中参考。

1、控制系统接地基本要求

控制系统接地是为了保证当进入控制系统的信号、供电电源或系统设备本身出现问题时，有效的接地系统能承受过载电流并可以迅速将过载电流导入大地。接地系统能够为控制系统提供屏蔽层，消除电子噪声干扰，并为整个控制系统提供公共信号参考点（即参考零电位）。当接地系统发生问题时（接地电阻过大，多点接地，接地线断线或接地线与高电压、大电流设备相接触等），会造成人员的触电伤害及设备的损坏，据了解，有些生产厂控制系统经常不明原因的“死机”，大多是因为接地系统不良或存在问题所引起的。因此，完善、可靠、正确的接地，是控制系统能够安全、可靠和良好运行的关键。

2、控制系统接地分类

在一般情况下，仪表控制系统需要两种接地：保护地和工作地（逻辑地、屏蔽地等）。对于装有安全栅防爆措施的系统如化工行业所用的系统，还要求有本安地。

2.1 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。控制系统所有的操作员机柜、现场控制站机柜、打印C、端子柜等均应接保护地。自控设备如：仪表盘、仪表柜、仪表箱、DCS/PLC/EDS的机柜和操作站、仪表供电设备、电缆桥架、穿线管、接线盒及铠装电缆的铠装层，以及控制室内的防静电地板。

一般来讲，使用DC24V为电源的现场仪表、变送器等无特殊要求的可不作保护接地。保护地应接至厂区电气专业接地网，接地电阻小于4Ω。

仪表保护接地连接线标识颜色为绿色。

2.2 逻辑地：也叫机器逻辑地、主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V或者+24V等的电源输出地。如CPU的正负5伏、正负24伏的负端。需要接入公共接地极。

2.3 屏蔽地：（AG，Analog Grounding）也叫模拟地，它可以把现场信号传输时所受到的干扰屏蔽掉，以提高信号精度。控制系统中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽接地。线缆屏蔽层必须一端接地，且应在控制室一侧接地。防止形成闭合回路干扰。铠装电缆的金属铠不应作为屏蔽保护接地，必须是铜丝网或镀铝屏蔽层接地。在控制内应设置信号及屏蔽接地汇流排。接入公共接地极。接地线颜色标识为黄/绿线。

2.4 本安系统应独立设置接地系统，接地电阻≤4Ω。本安地的接地系统应保持独立，且与厂区电气地网或其它仪表系统接地网的距离应在5m以上。接地线颜色标识为兰/绿线。

2.4.1 采用隔离式安全栅的本质安全系统，不需要专门接地。

2.4.2 采用齐纳式安全栅的本质安全系统则应设置接地连接系统。

2.4.3 齐纳式安全栅的本安系统接地与仪表信号回路接地不应分开。

2.5 防静电接地

2.5.1 安装仪表控制系统等设备的控制室，应考虑防静电接地。这些室内的导静电地面、活动地板、工作台等都应进行防静电接地。

2.5.2 已经做了保护接地和工作接地的仪表和设备，不必再另做防静电接地。

2.6 防雷接地

2.6.1 当仪表及控制系统的信号线路从室外进入室内后，需要设置防雷接地连接的场合，应实施防雷接地连接。

2.6.2 仪表及控制系统防雷接地应与电气专业防雷接地系统共用，但不得与独立避雷装置共用接地装置。

3、控制系统接地方式及对公共接地极（网）的要求

3.1 控制系统接地方式

系统接地形式主要分为等电位接地和单独接地。接地原则为单点接地，即通过唯一的接地基准点组合到接地系统中去。一般系统推荐采用等电位单点接地方式进行接地。这要求工艺装置（或厂区）周围存在等电位接地网。在无法满足等电位接地的情况下，允许系统工作接地进行一点单独接地，同时将系统保护接地接到电气地。在系统地和保护地无法分离的情况下，可以将系统保护接地和工作接地进行一点单独接地。

3.1.1 利用电气接地网作为仪表控制系统接地网，即与电气接地网共地；

3.1.2 设仪表控制系统专用独立的接地网；

3.1.3 设仪表系统专用接地网，经接地线、再接至电气接地网；

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，计算机或控制系统曾经较多的采用过专用的接地网。但这种接地方式存在的缺点是：占地面积太大，投资高，电缆及接地网钢材耗量大，距厂房有相当的距离（因不易在厂房内找到合适的位置），管理、维护、测量及查找接地极和接地线不方便，且效果不甚良好。根据实际运行表明，设置专用的仪表系统接地网是既困难又不安全的。如某厂曾因接地问题，造成机组跳闸数十次。根据调查，不少厂仪表系统后来改用电气接地网接地，取得了良好的效果。

3.2 对公共接地极（网）的要求

3.2.1 当厂区电气接地网对地分布电阻≤4Ω时，可将厂区电气接地网当着仪表控制系统系统的公共接地极（网）。

3.2.2 当厂区电气接地网接地电阻较大或杂乱时，应独立设置接地系统，即为仪表控制系统系统的公共接地极（网）。

3.2.3 没有本安地接入的公共接地极（网）的对地分布电阻小于4欧姆；有本安地的小于1欧姆。接地总干线的线路阻抗小于0.1欧姆。

3.2.4 接地极周围15米内无避雷地的接入点，8米内无 30KW 以上的高低压用电设备外壳的接入点。当现场无法满足该条件时，防雷保护地通过避雷器/冲击波抑制器与公共接地极的主干线相连。电焊地切勿与公共接地极及其接地网搭接在一起，二者应距离10米以上。

4、仪表控制系统的接地原则

4.1 仪表系统设置的接地装置

4.1.1 操作台、打印台、服务器柜：设有保护地螺钉。

4.1.2 继电器柜、UPS柜、配电柜：设有保护地螺钉。

4.1.3 系统的I/O机柜：设有屏蔽接地汇流排，保护地螺钉。系统地（+24V地）悬浮。

4.1.4 仪表柜、手操盘台：设有屏蔽地接地汇流排，保护地螺钉。

4.1.5 安全栅柜：设有屏蔽地接地汇流排，本安地接地汇流排，保护地螺钉。

4.2 信号屏蔽及其接地

4.2.1 根据有关技术规定要求，计算机或控制系统信号电缆的屏蔽层不得浮空，必须接地，其接地方式应符合下列规定：

4.2.1.1 当信号源浮空时，屏蔽层应在计算机侧接地；

4.2.1.2 当信号源接地时，屏蔽层应在信号源侧接地；

4.2.1.3 当放大器浮空时，屏蔽层的一端与屏蔽罩相连，另一端宜接共模地（当信号源接地时，接信号地。当信号源浮空时接现场地）。

4.2.1.4 当屏蔽电缆途经接线盒分断或合并时，应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接。

4.2.2 控制系统信号电缆的选择与敷设，应严格按照有关规定执行。屏蔽电缆的屏蔽层应按以上要求进行接地。为了提高控制系统的抗干扰能力，控制系统开关量输入/输出信号，选用阻燃型对绞铜网屏蔽计算机电缆还是比较恰当的。

5、控制系y的接地方法

5.1 当采用等电位接地时，要求将建筑物（或装置）的金属结构、基础钢筋、金属设备、管道、进线配电箱的PE（保护接地线）母排、接闪器引下线形成等电位联结，控制系统保护接地和工作接地应分类汇总到该总接地板，实现等电位联结，与电气装置合用接地装置并与大地连接。但控制系统在接地网上的接入点应和防雷地、大电流或高电压设备的接入点保持不小于5米的距离。

5.2 当采用单独接地时，此时应保证接地电阻小于4欧姆，且单独接地体与其他电气专业接地体应相距5m以上，和独立和防直击雷接地体须相距20米以上。具体的一点接地的形式根据可现场条件，在以下几种情况下选择。（以下所列情况为工作接地的连接，正常情况下保护接地应接到电气地，若无法将工作接地和保护接地分开，可以将保护接地与工作接地连接到同一单独接地体）

5.2.1 在一般的条件下，推荐采用4根2m长的50*50的角钢，呈边长为5m的正方形打入地下70cm以上，再用镀锌扁铁焊接（建议用堆焊）起来，用≥16mm2的导线（一般控制导线长度≤20m）引到控制室接地铜排的方式，基本上都能满足接地电阻小于4 欧姆的要求，特殊的地理情况下，需采用降阻剂来降低接地电阻。

5.2.2 对于没有条件单独打地桩的情况下，可以采用电气地作为系统的接地，此时工作接到和保护接地都连接到电气地，但要注意选取接入点时应尽可能远离大电机的接入点，同时与避雷地的接入点间的距离也应大于20m。

5.2.3 系统的操作台、外配柜等低压电气柜应视为保护接地，接地线统一连到一保护接地接地铜条。若外配柜中安装有安全栅，安全栅接地应视为工作接地，接地线连接到工作接地接地铜条。然后根据具体情况连接到接地体。

5.2.4 对于两个控制站之间或控制站与操作台之间的距离较远的情况下（一般以是否在同一幢内或者两者之间距离超过30m为基准），可以采取分别接地的原则进行接地。

5.2.5 若远程机笼与主控机笼之间采用了电气隔离装置或光电隔离装置，则远程机笼可以就地进行接地。

5.2.6 UPS电源的接地一般应选择厂方的电气地。

6、现场接地常用注意事项

6.1 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，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。

6.2 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。

6.3 I/O模件：模拟量模件的负（公共）端即直流24伏的负端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。

6.4 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。

6.5 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。

控制系统接地工作看似简单，对控制系统来说非常重要，为了保证仪表控制系统的监测控制精度和安全、可靠运行必须进行认真设计，严格按照规范施工安装，才能给控制系统提供安全可靠的工况环境。以上是我二十余年工作中的一点体会，希望能够给大家在实际工作中提供一些帮助。共同学习保证生产装置安全稳定的运行。

参考文献

[1] 中华人民共和国国家标准.GB50093-2013.自动化仪表工程施工及质量验收规范.