电气与仪表自动化控制系统接地分析

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[摘 要]科技的进步推动了电气自动化的技术的不断创新，自动化控制逐渐向集成化、智能化方向发展，尤其是电动智能仪表和集散控制系统DCS及可编程控制器的广泛使用，仪表及控制系统的接地成为仪表工程设计的一个相当重要的组成部分。

[关键词]自动化仪表 系统接地

中图分类号：TN541 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0302-01

前言

随着计算机技术的日益成熟，自动化控制已经成为工业生产不可缺少的一部分。电气自动化技术的不断创新和计算机智能化技术的发展，推动电气自动化控制逐渐向集成化、智能化方向发展，并且得到很好的应用和推广。先进技术的引进和推广，不但提升了操作的便捷性，而且提升了仪表的精细化管理水平。而合理准确的接地是保证集散控制系统运行安全可靠，系统网络通信畅通的重要前提。正确的接地既能抑制外来干扰，又能减小设备对外界的干扰影响。而错误的接地反而会引入干扰，严重时甚至会导致集散控制系统无法正常工作。因此接地问题不仅在系统设计时要周密考虑，在工程安装投运时也必须以最合理的方式加以实现。

一、电气与仪表自动化控制系统概述

电气自动化控制系统主要由PLC控制模块，通信模块，和中央控制模块组成：PLC控制模块在电气元件的选择上非常严格，因此在实际应用中具有更稳定的生产性能。PLC控制模块体积小，质量轻，安装容易，操作简便，所以在PLC的控制系统建立时，消耗时间短，操作便捷，产品的更改和升级更为容易，且PLC的操作界面非常人性化，更适于推广；通讯模块的主要功能是将数据采集仪器收集到的各种数据存放于存储器中，并通过网络传输到上位机系统，这种通讯系统可以减少很多设备资源的使用，同时保证信息传输中的精确性及稳定性，保障通信信号的实时畅通，如果通讯模块采用光纤进行通信，可以更好的降低传输中的误码率，降低外界因素对通信模块的干扰；中央控制系统是由安装在系统中的微型计算机来实现控制，具有精度高，速度快的特点，在使用中央控制系统进行操控时，能显著提高系统的运行效率，操作的精确性和稳定性。中央控制系统不但可以对传感器所采集的数据进行实时处理，并根据内置的程序，找出相应的解决方式，还可以实现实时报警功能，不间断地对所测数据进行监控，一旦发现设备运行中的异常情况，可以及时的报警并启动相应的预案进行处理，避免了人为操作时的延迟。

这三大模块使自动化控制系统具有以下功能：

（1）智能监控

自动化控制系统监控设计包括：集中监控、远程监控、现场总线监控。集中监控对控制站的运行和保养比较方便，防护的要求也非常低。但是会增加处理器工作的任务量，降低系统运行的速度；远程监控方够节省安装的费用，能够减少电缆的长度，节省材料，并且能够提高可靠度，其组态也比较的灵活，但是只适用于一些小型的监控系统中；现场总线的监控不仅能够针对已定间隔进行设定相关的功能，还能够针对于不同的间隔采取合理的设计，并且还具有远程监控方式的优势。

电气自动化控制系统对周边的生产生活环境进行监测，采集环境信息一般通过相应的传感器来进行，传感器的类型主要有温度传感器，烟雾传感器等多种类型，传感器得到的信息通过由红外收发模块（主要由信号源及红外收发装置结合组成）进行传输，将所得信号输出到单片机上。通过这样的一种方式，可以在无人的情况下对所处环境进行监测，实现智能控制。

（2）保护功能

自动化仪表工程是一项涉及面极广、质量要求极高的综合性工程。具体就是指利用先进的计算机自动化技术、信息信号处理技术、现代电子通信技术，将包括测量仪、信号系统、继电保护、自动装置等在内的仪表设备经过功能的优化组合，以实现对主动监控、自动测量、自动控制、微机保护和调度通信等综合性的自动化控制。

（3）测量功能

设备中的指示灯或者音响的信号只能够简单的表征设备的运行状态，如果要精准的了解设备的工作情况，就需要设备仪表对线路进行参数的测量，包括电压、电流以及频率等。在操作的组件与仪表等设备之中都能够通过电脑控制系统所取代，这就实现了微机自动化控制的基础。

除此之外，电气自动化控制系统还能够保护发变组和控制励磁变压器；对 6kV-10KV的高压厂用电压的快切装置状态进行监视；对380V低压厂的电源进行监视，控制并且操作低压备自投装置；能够对高压的启变压器进行操作和控制（这种功能主要适合两台机器共同使用的条件下）；能够控制柴油发电机组和保安电源等。

二、自动化仪表系统接地的重要性

在石油和化工行业，仪表自动化技术应用广泛，特别是DCS、PLC、ESD、SIS等系统普遍应用于装置的控制、大型机组的控制和装置的联锁保护系统中。随着大规模集成电路和电子技术的日趋成熟，上述控制系统的硬件和软件已经非常稳定可靠。目前国内使用的控制系统品牌都能满足工艺控制或大型机组保护需求。因此，要努力提高仪表控制系统的可靠性和稳定性，而仪表设备普遍存在绝缘强度低、过电压和过电流耐受能力差、对电磁干扰敏感等弱点，一旦仪表设备收到直接雷击或其附近区域发生雷击，雷电过电压、过电流和脉冲电磁场会通过供电线、仪表信号线、电缆桥架、穿线管等途径到达仪表设备，威胁仪表设备的正常工作和安全运行。如果防护不当，轻则使仪表设备工作失灵，重则使仪表设备永久性损坏，严重时还可能造成人员伤亡、生产事故。因此，在仪表系统的设计和施工阶段，组织者认真优化仪表系统的接地和供电方案显得尤为重要。

三、自动化仪表接地系统误区及注意事项

自动化控制系统是一个综合的复杂系统，其接地通常包括工作接地、屏蔽接地、防静电接地、防雷接地、保护接地和本安系统接地等多种。自控系统接地的误区突出表现在将系统中的多种接地混合连接，导致各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，产生地环路电流，影响PLC逻辑电路和模拟电路的正常工作。如果地环流较大，而PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布将影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机；而模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

另外一个重要误区就是信号电缆屏蔽层两端均做接地。自控系统中电缆屏蔽层必须一点接地。如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，将产生对地电位差，从而产生电流流过屏蔽层。此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内将会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。

为了避免由于工作误区导致的仪表系统的信号干扰、系统死机、电气来的感应电压等故障，仪表系统接地有许多关键点需要把握和控制。系统接地形式主要分为等电位接地和单独接地，必须坚持单点接地的原则，即通过唯一的接地基准点ERP组合到接地系统中去。第一，系统推荐采用等电位单点接地方式进行接地。这要求工艺装置周围存在等电位接地网。第二，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。

四、结束语

电气仪表自动化控制系统在近些年取得了很大的发展，在一定程度上提高了生产效率，但因为这一系统尚不成熟，在实际的应用中如何提高仪表接地的稳定性和安全性，将是以后研究中的重点。

参考文献

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