自动控制系统的接地

自动控制系统的接地（精选11篇）

自动控制系统的接地 篇1

一般工业微机实时控制系统的接地与普通电气设备(强电)的接地有着很大的区别。强电设备的接地(安全地),主要是以通路为目的,对地线上压降的大小、接地点位置的选择,相对来说并不特别严格。而微机控制系统的接地,除了机壳、被控机械接保护地线外,主要的是从抗干扰这一角度考虑的。因此不能把接地仅看成是一种通路,而应充分考虑接地引起的干扰及其抑制措施。

1对地线中的干扰分析

在微机控制系统中,接地电位的变化是产生干扰的最大原因,一般分为地阻抗干扰以及地环路干扰两种。

(1)地线中的地阻抗干扰。地阻抗干扰是指各线电流流过一个公共地线阻抗会产生压降,而形成的干扰。如图1所示:

图1中示出了多个电路单元由一个电源供电的情况。A、B、C等表示不同的电路单位。为简单起见,假设电源E为恒压、无电阻,而地线oa,ab,bc各段的电阻和电感相应为Ra、Rb、Rc和La、Lb、Lc当电路单元工作时,电源对A、B、C各电路单元供出的电流相应为ia、ib、ic。此时,在地线oa,ab,bc各段产生的电压降相应为ea、eb、ec。因此有:

很明显,各个电路单元的工作通过公共地线阻抗的耦合会影响。一般情况下,电源供出的电流除直流分量外,尚有许多不同频率的交流分量,这些交流分量串在各个电路单元的供电回路里造成自相干扰和互相干扰。

(2)地环路干扰。由于两个电路分别在不同点接地,会形成地环路。闭合的地环路易受磁场及不同地位的影响而产生地环路电流,从而形成地环路干扰。如图2所示:

从图2中可知,电源的正极馈线与地线在A、B两电路单元间构成了一个环路a'abb',信号线与地线在A、B两电路单元间构成一个环路a"abb"。因此,当交变磁场穿过这些环路网孔时,会在环路中产生感应电势e:e=dΦ/dt=SdB/dt

式中:Φ——穿过环路面积的磁通量;

S——环路面积;

8——穿过环路的平均磁感应强度。

由于环路的存在,磁场在环路中产生的电势e会经电源的正极馈线(或经信号)对各电路单元进行干扰。

综合上述分析可知,地线上的任一段都不能被看成是等电位的。如果这一段地线的电阻为R,电感为L,渡过的电流为I,与电源的正极馈线(或经信号线)构成的环路面积为S,则在这段地线上必然存在一个干扰电势ea:ea=Ri+Ldi/dt+SdR/dt

2系统接地的抗干扰设计

经过对地线中的干扰分析可以看出,接地设计的目的就是:其一,在于消除各电路电流流经公共地线阻抗时所产生的共阻抗耦合干扰;其二,避免受磁场和地电位差的影响,即不使其形成地电流环路,从而避免地环路电流和其它电路产生磁耦合的干扰。

(1)减小地线阻抗。虽然增大地线的截面积可以减小阻抗R,但因集肤效应,地线中的高频电流是沿地线表面导渡过的,所以不仅要求地线截面积大,而且要求截面的周界长,才能使地线对直流和交流都有较小的电阻,在截面积相等的条件下,圆截面的周界最小,所以用圆截面积不变的条件下,长方形截面的带条做地线,在截面积不变的条件下,长方形两边的差越大,周界越长,因此扁平截面的带条做地线是比较理想的。另外从减少地线阻抗的角度出发,要求电源馈线的特性阻抗越小越好。

(2)用阻隔法减少环路干扰。两个不同点接地的电路单元(如控制系统的输入与输出单元等),若通过接口电路直接连接,就会形成地环路,如图3(a)所示。

为了抑制由地环路造成的各种不同等级的地环电流对逻辑系统的影响,通常采用光电耦合器对地环路进行阻隔。如图3(b)所示。

由于光电耦合器完全切断了两电路单元之间电的联系,避免了地环电流的形成,所以能很好的抑制地线中的干扰,并消除了对其它电路单元的不良影响。

(3)浮地与机壳接地的比较。浮地即系统各个部分全部与大地浮置起来,这种方法有一定的抗干扰能力,但要求装置与大地的绝缘电阻不能小于50MΩ,且一旦绝缘下降便会带来干扰;另外浮地容易产生静电,导致干扰。

而接地则是控制系统的机壳接地,其余部分浮空,并且浮空部分应设置必要的屏蔽。两者相比,机壳接地的抗干扰能力更强,且安全可靠。

(4)单点接地与多点接地选择。就一般而言,低频电路(1MHZ以下)应单点接地,而高频(10MHZ以上)电路则应采用多点就近接地的方式。这是因为在低频电路中,布线和元件间的电感影响较小,而接地电路形成的环路对干扰的影响却很大。因此,应尽量避免地环路的形成而采用单点接地。通常单点接地有串联单点接地和并联接地两种方法。如图4所示。

串联单点接地由于各个支路共享了地线压降,所以每个支路与地之间存在着不同的电位差。而且当各电路电平相差很大时,高电平电路将会产生很大的地电流,形成对低电平电路的严重干扰。因此,使用串联单点接地方式时,要把低电平电路放在距接地点的最近处。而并联单点接地时,各支路电流所产生的压降互不影响,不会形成干扰,但并联单点接地的实现比较复杂。

对于高频电路,由于地线上具有了电感,因而增加了地线阻抗,同时各地线之间又产生了电磁耦合。当频率甚高时,特别是当地线长度等于1/4波长的奇数时,地线阻抗就会变得很高,使地线变成了天线,向外辐射干扰信号。故此时应尽量降低地线阻抗,采用就近多点接地。

由于计算机控制系统的工作频率较低,对它起作用的干扰频率也大都在1MHZ以下,故易采用单点接地法。若频率在1～10MHz之间时,如用单点接地,其地线长度不得超过波长的1/20,否则应采用多点接地法。

(5)交流地与信号地不能共用

因为在一段电源地线的两点间会有数毫伏,甚至几伏电压,对低电平信号来说,这将是一个非常严重的干扰。另外,地电阻还可能将交流电力线引进的干扰传输到装置内部。因此,交流地信号地不能共用,以保证器件安全和电路工作的可靠性、稳定性。

(6)数字地和模拟地应分开

数字地通常有很大的噪声而且电平的跳跃会产生很大的电流尖峰,通过地线对模拟量造成共态干扰。因此,所有的模拟地应该与数字地分开走线,然后只有一点汇在一起。如图5所示。

摘要：在微机实时控制系统中，良好而正确的接地常常可以消除或至少可以降低各种形式的干扰，从而能保证控制设备可靠而稳定的工作。

关键词：控制系统,接地,干扰

参考文献

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[5]顾冰，顾思远．变电所微机监控系统[J]．电气自动化，2005．

自动控制系统的接地 篇2

一、我厂6kV高压系统接地方式概述

基于供电可靠性、电力系统的过电压与绝缘配合、继电保护要求、对通信与信号系统的干扰影响以及电气安全等方面的考虑，我厂高压6kV在中性点装设消弧线圈即采用了谐振接地方式。

我厂6kV高压系统采用的是中性点经消弧线圈接地方式，若是由于雷击引起的绝缘闪络，绝缘也可自行恢复， 提高了供电的可靠性，对保证石化连续性生产提供了保障。我厂高压配电系统设备均以大量高压电缆连接，线路较长，系统内发生单相接地故障后，中性点经消弧线圈接地的高压6kV系统允许短时间内带故障运行，有效降低对地容性会电流，避免了在正常相产生高幅值间歇弧光接地过电压对线路、设备绝缘造成威胁，同时允许短期运行2小时，便于尽快排除故障，恢复正常运行。

二、自动调谐式有载调匝式消弧线圈构造及补偿原理

我厂110kV电源变压器二次侧绕组为角型接线，接在人为“中性点”即接地变压器造成的中性点上的设有多档位带分接头的带铁芯的电感线圈即为有载消弧线圈，它可以通过电动机来调整分接头的位置改变消弧线圈的电感量。我厂所采用的上海思源公司的自动调谐消弧线圈可根据系统最大容量以及故障最严重情况确定消弧线圈电感量大小，当系统发生单相接地故障时故障容性电流在30A以上的情况下，放电间隙产生的电压会升高2.5-3倍的线电压，自动调谐消弧线圈通过实时在线监测，计算系统电容电流的大小，改变消弧线圈档位，产生感性电流补偿故障点的电容电流，减小流经故障点的残流，与此同时电感线圈抑制放电处电压的升高，减小放电电流，均起到了熄灭电弧的作用，避免了对电缆和设备连接点电缆头的绝缘冲击，保护了故障电缆，有效防止事故扩大。

(一)消弧线圈补偿方式

消弧线圈补偿有三种不同的运行方式，即欠补偿、全补偿和过补偿。我厂中性点经消弧线圈接地系统采用的是过补偿运行方式，即在系统发生单相接地前，消弧线圈就已经处于最佳补偿状态，自动调谐装置使消弧线圈正常运行时接近全补偿状态，电网以过补偿的方式运行，保证电网在消弧线圈的.作用下感性电流大于容性电流，系统中增加的阻尼电阻保证在系统发生谐振时中性点位移电压少于15%相电压，维持系统正常运行，避免谐振过电压。

(二)消弧线圈过补偿优点

(1)避免欠补偿方式容易出现串联谐振所引起的过高的相电压，从而危及设备绝缘。

(2)避免欠补偿方式时三相不对称所出现的铁磁谐振过电压。

(3)避免欠补偿方式时系统频率的降低将使之接近于全补偿，从而引起中性点位移电压的增大。

(4)熄弧后故障相电压恢复速度较慢，接地电弧不易重燃，减少设备、电缆绝缘损害。

(5)超前留有裕度的设计为企业改扩建增加电网设备容量提供了支持性保证。

(三)消弧线圈过补偿方式调谐原则

(1)正常运行情况下，应保证中性点长时间位移电压不超过额定相电压15%。在不影响熄弧能力的前提下，应尽量采用较大过补偿。

(2)残留一般不大于10A，脱谐度不大于10%。

三、消弧线圈运行维护的注意事项

结合我厂运行经验，总结为以下几个方面:

(1)加强培训，明确中性点经消弧线圈接地电网发生单相接地时具有的特征和操作内容，以立有利于故障的迅速判断和排除。如系统发生单相接地后不得停用消弧线圈，当由于排查故障及其他原因使得消弧线圈带负荷运行时，应加强监视其上层油温，保证不得超过95摄氏度，并监视消弧线圈带负荷运行不超过设备规定的允许时间，否则应切除故障线路。

(2)严格遵守操作规定，如对主变压器和消弧线圈一起进行停电操作时，应先拉开消弧线圈隔离开关，再停主变压器，送电时顺序相反，不可颠倒。

(3)认真巡检，明确巡检内容，避免疏忽导致消弧线圈工作异常，如消弧线圈、阻尼电阻箱、接地变的异常声响。若巡视中发现中性点电压大于15%相电压或者微机调谐器自动功能异常>文秘站:<时必须立即向调度和上级主管部门汇报。

(4)明确消弧线圈故障本身故障时的应急操作，如当套管严重破损放电时，消弧线圈、接地变、阻尼电阻箱应立即停运。同时在事故状态下，加强监控，确定不同中性点位移电压时的最长允许运行时间。

四、结语

自动控制系统的接地 篇3

【摘要】通过简单介绍铁路大型养路机械的特点及发展历程，分析了电气控制系统存在的问题，发现电路阻值及接地形式是影响控制系统稳定性的重要因素，最后提出了降低阻值及改善控制系统接地方式的建议，对促进大型养路机械电气控制系统稳定性具有重要意义。

【关键词】养路机械；电气控制系统；接地

当今时代，中国经济迅速发展更，各行各业因核心技术的不断创新，导致竞争力逐渐增加，同样对于我国的大型重点行业——铁路工程也面临着技术创新问题。而对于铁路养路机械电气控制系统的改造是本行业一直缺乏创新的关键环节，其中控制系统的接地形式是核心问题。若控制系统接地形式不合理，会造成铁路养路机械系统出现致命问题，铁路行业应自主创新，改进控制系统的接地方式，为推进大型养路机械电气控制系统的健康发展做出贡献。

1.铁路大型养路机械介绍

中国铁路发展的历程已历经上百年，在此过程中，养护及维修是保证铁路正常运行不可缺少的手段。回顾铁路发展历程，养路机械设备的改进也不断在进行，由最初的人工保养到中期的机械手段，再到今天的大型养路机械，每一步都是技术的创新，凝结着劳动人民的心血。改革开放以后，中国铁路快速发展，线路数量开始突飞猛进，造成传统的小型养路机械不能满足铁路维修的需要。并且，铁路的结构改变及高复杂程度对养路机械提出了更高的要求。科研工作者，根据铁路的特点，研究出了大型养路机械电气控制系统，该系统包含了施工机械、电脑控制系统、电气系统、动力系统等多种系统，并且该系统体型庞大，能适应铁路养护的功能需要，已成为主流形式。

2.电气控制系统接地研究

电气控制系统接地时为了减小电磁波对设备的影响以及提高控制系统对设备的操控准确度，综合来说，养路机械设备及养路设备的控制系统和接地处理方式三者当中，接地方式是最易影响控制系统稳定性的因素。若控制系统接地方式不合理，将会造成机械出现故障，功能不能完全发挥，各部件之间出现连带损坏现象，比如对配砟整形车、捣固车、清筛机械等等造成致命影响，虽然以上三种机械电路控制原理大同小异，但系统接地方式却截然不同。据调查，在过去的一年中，由于接地方式不合理导致的接卸出现罢工的情况时常出现，比如柴油机接地方式不对，电路接触不良会导致 供电电流异常变大，同时柴油机出现不同频率的噪音。该故障是由于接地方式不同引起了多种小故障，例如供电线路虚接，电路因电流过大导致线路击断等等。工作人员可利用检测设备对线路问题进行检查，柴油机声音频率异常是由于内部齿轮之间咬合精确度出现问题，不同齿轮之间转速不同导致相互摩擦，若不及时进行处理，将造成机械出现不可恢复的损伤。当接地方式不良时，启动器中的继电器电流回流不稳定，电流已出现散流或弱流等问题，由此而造成继电器不能正常工作，使得电机的运转轴不能按原位进行运动。长此以往，柴油机的继电器被迫变成暂时的发动机工作，导致其他与继电器有关的设备不能正常运作，造成养路机械电气控制系统出现故障。

目前，我国铁路的电气控制系统的接地方式一般采用捣固车接地的形式，具体来讲，是蓄电池与车身进行短接，利用车身作为接触端，从车体前端进入控制箱中，并由此进入排流，最终导入电路板。换句话说，对于电气控制系统来说，只要是前端箱体和末尾箱体直接进行相连的话，都应利用车体作为关键引导，并以此传递信号与电流。而对于常规电气控制系统来说，大于或者小于 的电压的电源，其负极与 相连，并且在控制系统中，与车体采用短接的方式，该方式又分为两种，即直接短接电路和非直接短接电路。直接短接形式在正常情况下对控制系统的稳定性无太大影响，但对于控制系统的准确度有一定影响，并且影响程度若过大，会造成控制系统的仪表度数出现异常，对整个控制系统的调控与校准造成极大困难。非直接短接时，电阻值机会减小，当阻值降低到一定范围时，同样会对控制系统的精确度造成较大影响，不管过大还是过低，对控制系统的精确不同样造成不良影响。

3.接地形式的改造

根据前文的分析，直接短接与非直接短接均会对控制系统的精确度造成影响，这两种方式最终来讲是阻值的变化问题，只要能控制阻值的变化范围，使其在可控的范围之内，便可使控制系统的精确度保持在合力范围内。对于非直接短接来说，阻值相对较小，但线路易出现接触不良等问题，因此为了降低阻值，应在整个线路的阻值之和上进行入手。可采用将环路分割成子部分，将每一个子部分包含一个控制点的办法处理，这样可以增强控制系统的阻抗能力，降低环路电流对控制系统的影响，保证控制系统的准确度。相比而言，利用模拟实验处理电气以及新的材料对电路改进比较困难，造价也大，因此，在控制系统中，对线路进行适当的分离和分解，降低每一个环节的阻值，可有效提高控制系统的整体阻值。但提高控制系统精确度的其他因素也较多，比如各部分传递信息的滞后时间、信号处理的解析方式、电线及集成电路的材料等等，都是不可忽略的因素。

4.结束语

铁路大型养路机械电气控制系统的稳定性是铁路养护的重要保障，并且伴随着经济的迅速发展，网络传输、PLC技术、现场总线科技等等，都促成了控制系统的不断优良改进。这些技术可以为柴油机的精确操控、稳定快速运行等提供优势，但是接地方式仍是该系统的瓶颈问题。因此，为了提高大型养路机械电气控制系统的稳定性，应通过技术创新、材料创新、软件创新等方面入手，在试验中不断改进，在应用中不断发现，才能更好地促进控制系统接地的健康进行。

参考文献

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参考文献

工业控制系统中接地方法的研究 篇4

现代工业电气自动化控制系统中,生产过程实时数据采集和控制是不缺少的环节,这就涉及到大量的开关量输入输出和模拟量输入输出数据需要处理。这些输入输出数据通过多达几百上千条信号线传输到控制系统中,其长度也在几千米以上,因此不可避免的将噪声和干扰带到控制系统中。如果控制系统中发生设备漏电,并且接地系统做的不好,或者测量元件本身老化绝缘性能下降,就会使控制系统的测量回路中直接引入很高的共模电压或差模电压;这种引入的噪声和干扰轻时会使测量的信号产生偏差,严重时完全测量不出真实过程数据,使我们的控制系统无法工作。

接地的定义可认为是等电位点或是等电位面,它是信号回路和控制系统的基准电位点,它可以不是大地零点电位。保护地的线接地点必须放在大地零点电位上信号地线的接地点根据技术要求设置,我们可以选择大地零电位,也可以不选择大地零电位。绝大多数工业自动化控制系统中,通道上传输的信号频率大多数处于较低的频率(1000Hz)以下,因此本文只论述低频接地方法。

2 低频接地方法

自动化控制系统中,信号接线的接地方式大多用单点独立接地,不适合用多点重复接地。单点独立接地主要有两种常用接线方法:即接地线串联接地和接地线并连接地[1]。

2.1 串联接地

从防止干扰抵御噪声方面看,我们不应采用是接地线串联接地方式如图1所示。由于地线电阻的存在,接地回路电阻Ra,Rb和Rc是串联接在一起的,所以各测量回路间将相互产生干扰。显然这种串联接地方式很不合理,但由于接线方法简单,容易实现安装,并且可节省大量的金属材料,应用的场合仍然非常广泛。当各测量回路电压相差较小时是可以正常使用,但当各回路的电压相差很大时就不要使用,原因是高电压回路将会产生很强的电流,并干扰到低电压回路中去。因此,如果要使用这种单点串联接地方式时,我们应尽量把低电压回路放在距接地点最近的位置,即图1所示的C点上。

2.2 并联接地

接地线并联接地方式如下图2所示,这种接线方式在信号回路传输低频信号时是最适用的,因为各测量回路的地电位只与本回路的地电流和地线阻抗有关,不会同其它测量回路的地电流之间相互耦合产生干扰。可是这种接地方式也存在不足,就是每一测量回路都需要单独的一根接地线,而在实际的控制系统中成百上千的回路都是存在,这就需要安装很多接地线,实际操作与接线都非常烦琐。

实际的控制系统中,传输低频信号时用串联单点接地的综合接线方法,在满足噪声抗干扰的标准和简单方便的条件下综合考虑。我们可以采用分组接线法,将高电压回路接地线串联在一起经共同的地线接地,将低电压回路接地线同样串联在一起经另外独立的地线接地,同时尽量将把功耗相差不多、噪声干扰相差不大的回路经共同的地线接地。

3 信号馈线的接地

3.1 通道接地

在一个真实的控制系统中一个模拟量输入回路,是由传感器、变送器、信号电缆和模拟量输入转换模块等部分组成,如图3所示回路两端接地方式,是将传感器或变送器与模拟量输入转换模块通道分别接地的方式是错误的。这种错误在于采用两端接地方式,这种接地方式不但会遭致空间电磁场耦合干扰的影响,同时还会因传感器或变送器(E1点)地电位和模拟量输入转换模(E2点)地电位之间存在电势差,而造成“接地环流。在实际工程中信号电缆的自身电阻我们很少考虑,也就是认为信号电缆的电阻为零,同样我们也会认为E1点和E2点都是接地点,同样是接地点之间不应该存在电位电位差,由于这种思想的存在就是造成这种错误接地方法。而在所有的工程现场中都会遇到,各处接地点所用的接地体材料的外型、尺寸、地埋深度都不会相同,并且接地体周围环境土壤的湿度也不相同,这些最终都会导致接地点的电阻存在很大差异,这就造成各点的接地电位户不相等,要引起足够的注意[2]。

为了避免上图中两端接地的所产生的问题,应将图3的模拟量输入回路改为一端一点接地方式。当一端接地点位于传感器或变送器端时,模拟量输入端不要接地;单端接地点位于模拟量输入端时,传感器或变送器端不接地。

3.2 屏蔽层的接地

在产生易干扰的干扰源的四围覆盖上金属屏蔽网并将金属屏蔽网进行接地处理,则动力线辐射出的电场干扰将会控制在金属屏蔽网内,因此,只要在线路覆盖金属屏蔽网就可很方便地把电场形成的干扰源屏蔽掉使它对周围的其它回路或线路不在产生干扰。当检测回路是单端接地时,低频电缆检测回路的屏蔽网也应该单端接地,如想将屏蔽网单端接地,则要选接地较好的接地点:当一个回路有一个不接地的传感器或变送器要与一个接地的(即使不是真正的接大地)模拟量通道连接时,屏蔽信号线外面的金属屏蔽网应接到模拟量通道的公共端,如图4A所示;当一个接地传感器或变送器与不接地模拟量通道连接时,即使传感器或变送器端接的不是大地,屏蔽信号线外面的金属屏蔽网也应接到传感器或变送器的公共端,如图4B所示[3]。

3.3 隔离和差分放大

当输入通道不可避免地要使用两端接地方式而又要排除地环流的噪声干扰时,应采用变压器隔离和光电耦合隔离技术来将地环路隔断。变压器隔离适用于模拟电路,光电耦合非常适用于数字电路,在模拟电路中也可采用。差分放大器因其对共模干扰有很强的抑制力而又使用方便被广泛应用,理论分析表明,提高差分放大器的输入阻抗或降低传感器或变送器的内阻可以降低共模干扰的影响。当使用高输入阻抗的差分放大器时,输入电缆的屏蔽层和信号源公共端都应在信号源处接地。

3.4 信号线的配接和布局

用信号线连接各传感器或变送器时常会发生无意中的地环路以及屏蔽效果不好的情况,特别是不同检测回路彼此连接时更为严重,合理的结构布局设计则可消除这中干扰。强电电缆线和弱电电缆线尽可能避免走在同一条电缆束和同一线槽中,当不可避免的走同一电缆束中,应将强电电缆线外加上屏蔽网接地。设备上引入、引出的电缆应保持屏蔽网完整,低电平电缆的屏蔽网要在一端接地,屏蔽网外面还要有绝缘层,防止与其它地线碰触。而在配线和结构布局方面还应遵循尽可能短的引入引出线,做到不交叉、信号电缆线和功率电源线分开,单点接地等原则,可以有效的控制噪声引入控制系统中。

4 安全接地和金属件地线

为了保证安全,工业控制系统的马达柜、控制柜、就地控制箱及其内部设备壳体、电器元件等都应良好的接地。马达柜或控制柜内的强电部分的设备有可能通过感应或绝缘击穿,就会使柜体带上很高的交流电压。这种“感应”、“漏电”电压,轻时会使人感到麻木,重时会烧毁设备甚至会造成操作人员的伤亡,如果我们将柜体可靠的接上地线,就柜体就与大地连接起来形成等电位,从而确保了设备和人员的人身安全。

在安全接地中不可避免地要使用到金属件地线,如果金属件地线使用不当,就不可能保证可靠的安全接地,金属件用电焊、气焊、铜焊或者锡焊连接,要比用螺钉、螺栓连接可靠。当两种不同的金属经连接后接地时,要防止电化腐蚀并注意电化电压,以免发生隐患。用金属表面做电连接时,连接后要作导电性涂覆以防腐蚀。如果机壳用做地线排,则更应注意接缝、搭接等经加工实现连接的地方对导电性能是否有影响[4]。

有人认为安全接地与控制系统的抗干扰并无任何联系,但实际情况并不是这样的。很多人都错误地认为,只要电气柜、控制柜的壳体同大地连接在一起了,那么整个电气柜、控制柜的壳体连同内部的金属件都会是理想的接地系统,就可以将系统中需要接地的器件和设备用金属导线随意地连接在金属件上就可以了,这是工程上经常出现的错误接地方法。

5 结束语

本文研究讨论了在工业控制系统中抑制或消除信号传输过程中干扰的方法,提出接地是抑制噪声和防止干扰的主要方法,并可以从电源、屏蔽、接地和各种抗干扰技术以及可靠性技术方面提高工业系统抗干扰能力。因此,在工业过程控制系统设计中对接地方式方法上必须给以充分的重视。

参考文献

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自动控制系统的接地 篇5

关键词：中性点不接地系统单相接地故障电容电流

0 引言

当前，国内煤矿产能提高幅度很大，但地质条件趋于复杂，为保证安全高效生产，对矿井供电可靠性、供电质量的要求很高。在现代化煤矿中，随着配电网规模的增大，因其大部分为电缆供电，单相接地电容电流值也在增大，随着接地运行时间的不断加长，容易发生短路故障，再加上井下施工环境恶劣，导致高压电缆单相接地故障时有发生，给人民的生命财产安全带来重大威胁。

1 测量单相接地电流

1.1 测量电流的方法 测量单相接地电流时，通常情况下附加电源测量法，该测量方法只能对工频下的绝缘参数进行间接地反映[1]；对于交流伏安法、中性点位移电压法、谐振测量法三种测量方法是对电网的实际绝缘参数进行反映。本次测试采用更加安全可靠的新方法，即单相经电阻接地的间接测量方法。（见图1）

图1中C为对地电容、r为绝缘电阻

通过采用单相经电阻接地的方法，进一步确保了试验的安全性，电网中任何一相（以A相为例）如图1所示，导线通过附加电阻R与电流表A组成的串联电路与大地相连。其中，R的取值范围在500~1000Ω之间，A控制在几安培，通过一系列计算，求出接地电流。电网的单相接地电流是由电网总的对地零序电流之和共同构成的，由相应的知识可知零序电流与零序电压成正比关系[2]。因此，根据公式（1），如果能够测量出单相经电阻接地时两端的零序电压，便可能得到直接接地电流。

I■=■×I■ （1）

其中，I■——电网单相直接接地电流。I■——电网单相经电阻接地的电流。U■——电网单相经电阻接地时的二次零序电压。100——电网单相直接接地时的二次零序电压（100V）。

根据公式（1），在测得电源相电压、电流以及零序电压，即可求得单相接地电流。该方法简单、安全、可靠性高[3]。

通常情况下，借助电压互感器对电网相电压与零序电压进行测量，进而确保测量的安全性。根据实际的测量需要，对公式（1）进行改写:

IE=■I■（2）

U■——电压互感器二次线电压

根据数学模型可以进一步计算对地绝缘电阻r和对地电容C。

1.2 单相接地电流测量具体内容

1.2.1 测量电容电流。针对五阳矿供电系统具体情况，采用不同电压等级的电阻箱对35kV和6kV变电所分别进行35kV系统和6kV系统的电容电流测量。具体如下：①采用35kV接地电阻箱在五阳工业广场35kV变电所以及南丰35kV变电所35KVI段II段在母联断开时分别进行电容电流测量。②采用6kV接地电阻箱在母联断开时对五阳工业广场35kV变电所6kVI段II段分别进行电容电流测量及母联闭合时对五阳工广区6kV系统整个电容电流的测量。③采用6kV接地电阻箱在母联断开时对五阳新井开闭所6kVI段II段分别进行电容电流测量及母联闭合时对五阳新井开闭所6kV系统整个电容电流的测量。④采用6kV接地电阻箱在母联断开时对五阳南丰35kV变电所6kVI段II段分别进行电容电流测量及母联闭合时对五阳南丰35kV变电所6kV系统整个电容电流的测量。

1.2.2 测量电流的方法和步骤。在测量单相接地电流的过程中，为了保证测量的安全性，在实际测量过程中，通过采用电压互感器对电网线电压与零序电压进行测量。接线图如图2所示。借助电压互感器（TV）和隔离开关（Q）与断路器（QF），将附加电阻与电流表接入电路中，将电压表分别接在电压互感器二次星形和开口三角处，分别量出I■、U■、U02。

测量方法和步骤[4][5]：①分别测量出电网正常运行的相电压和线电压。②在变电所6～10kV电网中选择接地测量点。③在确保安全的前提下，选择阻值大小合适的电阻，与电流表串联后接入电网的任何一相与地之间，然后读取电流表的示数。④在与步骤3进行同步操作时，测量零序电压值和接地相对地电压值。⑤断开断路器与隔离开关。

公式（1）带入相应的数值，即可计算接地电流。

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1.3 测试的注意事项 在计算对地电流，测量相关数据的过程中，需要注意以下几点内容：①接线情况由负责人员进行检查。②对电阻箱进行接线时确保其牢固性。③担任开关操作的人员要具备丰富操作经验。④测量现场的安全检查及警戒由专人负责。⑤选用空闲线路进行实验。

2 中性点接地方式及接地保护分析与研究

2.1 选择接地方式 根据国标（DL/T620～1997）规定，结合实际情况选择合适的接地方式，当符合下列条件时，其接地方式应选择消弧线圈方式。

2.1.1 3kV～10kV架空线路系统由钢筋混凝土或金属杆塔构成，以及所有35kV、66kV系统，10A。

2.1.2 3kV～10kV架空线路系统由非钢筋混凝土或非金属杆塔构成的，相应的电压、电流为：①3kV和6kV时，30A。②10kV时，20A。③3kV～10kV电缆线路构成的系统30A。

综上所述，只有熟悉单相接地电流的各种情况，进而在一定程度上确保矿井安全、平稳、有序地运行。

2.2 选线原理 结合小电流接地电网接地故障时的特征，选线原理为[6]：①零序过电流原理。单相接地时，故障线路的零序电流是其它非故障线路的电流之和，对于非故障线路来说其零序电流为自身的电容电流。②零序无功功率方向型原理。发生接地故障时，按照支路零序无功电流与正常支路方向相反的原理进行选线。该原理为基波原理，在中性点不接地系统得到广泛使用。③五次谐波原理。单相接地时，5次谐波容性电流分布与中性点不接地系统中基波容性电流几乎相同，接地选线据此进行。④零序有功功率方向型原理。根据消弧线圈在实现全补偿时需要并联或串联的阻尼抑制谐振，该阻尼在接地时产生的有功电流仅流过接地支路来实现选线。⑤注入法原理。通过运行中的电压互感器向接地线注入信号，利用信号寻踪原理，实现接地选线。⑥首半波原理。根据单相接地瞬间，故障线路暂态零序电流第1个周期的首半波与非故障线路相反的特点构成。⑦综合法。由于小电流接地系统的特殊性，依靠一种原理而在各种故障条件下正确选线是不切实际的。

综上所述，针对煤矿接地保护的配置情况，根据中性点接地方式的规划，分析研究接地保护的选择性能否满足要求，并制定相应整改方案，对电网安全运行具有重要意义。

3 结论

通过对35kV和6kV高压电网中性点不接地系统，单相接地电流测量方法以及中性点接地方式及接地保护进行分析与研究，实现从系统角度对煤矿供电系统供电质量及可靠性进行分析与安全评价，指出可能存在的薄弱环节，为进一步改造或扩容提供政策和建议，进而提高供电系统可靠性，确保煤矿安全生产。

参考文献：

[1]赵富强.中性点接地系统单相接地电容电流的测量[J].电气时代，2000(11).

[2]张智军.10kV接地系统电容电流测试方法的探讨[J].东北电力技术，2004(11).

[3]李景禄，周羽生.配电网电容电流测量结果异常的分析[J].高电压技术，2002(08).

[4]陈海昆.电力系统电容电流的测量与补偿[J].华东电力，2001(03).

[5]朱喆，饶强.配网电容电流测量的新方法[J].广西电业，2005(01).

[6]张慧芬.配电网单相接地故障检测技术研究[D].山东大学，2006.

作者简介：

郭杨（1982-），男，满族，河北保定人，中共党员，助理工程师。

自动控制系统的接地 篇6

修建一个好的地线网有如下要求:地线网用四根或三根接地棒正方形或正三角形埋设, 接地棒长L, 两接地棒间隔距离为2r, 接地棒为空心管状, 内外添入土、水和盐, 并深埋于地面以下, 几根接地棒之间用钢排、铜线连接牢固, 连接时设置一个接线铜排。从原始铜排上引出一次接地线。接地棒和一次接地线敷设完毕后, 在接地末端测量接地电阻应小于2Ω。地面固有电阻为ρ时接地电阻大致上符合公式:

机房和用电现场关键地域设置集中接地铜排, 从地线网引出 (A) 型铜导线到中央控制室, 各个机房。在那里安装一个PEB铜排, 并将其绝缘地挂于工作场所。从房间PEB铜排, 以放射状连接, 用 (B) 型铜导线接入各个机框。 (B) 型铜导线截面积为53.5mm2~55mm2。如果机框较小或铜导线直接连接至可编程序控制器的外挂式、集成式模块, (B) 型铜导线截面积可视情况改变。图中的PE就是每台机架、机框, 可编程序控制器, 用电, 用地线的统一接地点, 它可以以放射状与每个用地线的连接点连接。对于 (A) 型线和 (B) 型线, 要保证缆线的钢性, 不可折断。

可编程序控制器系统和用电系统是单独接地还是分开接地, 标志着可编程序控制器技术发展的水平。以前计算机和可编程序控制器强调本身隔离和信号浮空。可编程序控制器系统要单独接地, 即自己另外作一套接地系统。而现在可编程序控制器技术允许直接就地供电。对于三相四线制电路中的N和PE, 当可编程序控制器系统接地后几乎不能把它们分开。实例和理论中所说的统一接地, 实际上是力求电源接地水平达到可编程序控制器要求的同一水平。

对具体的接地处理而言:

在可编程序控制器为核心的控制系统中, 有多种接地方法, 每种接地线汇于一个理论上的“点”, 这是信息零电位基础。为了安全使用可编程序控制器, 应区别以下几种接地方法。

数字地, 也称逻辑地, 是各种开关信号, 数字信号的零电位。

模拟地, 是模拟信号的零电位, 它也是模拟信号精密电源的零电位, 它的“零”是十分严格的电平。

信号地, 通常是指一般传感器的地。

交流地, 交流供电电源N线, 他通常又是产生噪音的主要地方。

直流电, 它是直流电源标准电压起点在非浮空的直流电源下, 就把它作为地线进行接地连接。

屏蔽地, 一般为防止静电、磁场感应而设置的外壳或金属丝网, 为了消除外壳或金属丝网上储存的电荷, 专门使用铜导线将外壳或金属丝网连接到地壳中去。

保护地, 一般指机器、设备外壳或装在机械与设备内的独立器件的外壳, 外壳要与其内部绝缘, 外壳接地用以保护人身安全和防护设备电能的漏失, 因此保护地必须是良好的接地。

在工程安装阶段, 要很好地连接上述各种接地线, 在安装电源和配置好地线之后, 可编程序控制器才进入通电与调试, 它一般遵循下列几个原则。

就一点接地和多点接地的一般情况而言, 高频电路应该就近多点接地, 低频电路应该一点接地。低频电路中, 布线和元件间的电磁很小, 而多点接地时, 回地环流过多会产生干扰。因此, 低频电路中经常使用一点统一对外接地。在高频电路中, 地线上具有电感, 因而增加了接地电阻, 同时各地线之间可能产生电磁耦合。一般情况下接地方式与频率有关, 当频率低于1HZ时可以一点接地;高于10MHz时采用多点接地;在1MHz~10MHz之间时, 采用那种接地应视情况而定。

交流地和信号地不能共同用同一载体。交流电源在传输时, 在相当一段间隔的电源导线上, 会有几个毫伏、甚至几个伏特的电压, 它称为跨步电压。低电平信号的传输, 要求沿路电平均为零。为防止交流电对低电平信号的干扰, 在直流信号的导线上要求加隔离屏蔽层, 另外不允许信号源与交流电共同使用一根地线。

将屏蔽地、保护地各自独立地接到接地铜排上, 不应当将其和电源地、信号地在其它任意地方扭在一起。在控制系统中, 为了减少信号的电容耦合噪音, 一般采用了多种屏蔽措施。对于像雷达、电台这类高频辐射的干扰, 可以用金属丝网作为屏蔽, 即用电阻低的金属丝网或外壳套在关键部位上。对于纯防磁的现场, 例如防止强磁铁、变压器、大电机的磁场耦合, 可以采用高导磁材料作外罩, 使磁回路闭合, 再将外罩接入大地, 保护地常用一点接地。

模拟信号地和屏蔽地、模拟地的接法也是十分重要的, 每个商家在提供可编程序控制器的模板时, 都有许多严格的连接方法规则。包括信号配线、外壳屏蔽、浮地、传输电缆使用的型号、芯截面积、电源供应等。当可编程序控制器系统应用的范围较大时, 要求避免将模拟量信号做长距离的传输, 需要使用较多的模拟量模板时, 力争把每块模板布置到距离现场较近的扩展机箱上去;一些独立功能, 例如集中温度监视、存储筒仓的料位监视、电子秤计量, 常常设计为独立的专用系统来处理模拟量信息。在数字控制的集散系统DCS中, 常常使用配置仪表、变送器来解决模拟量信号输入的采集和传输、模拟量输出信号的长距离传输。

综上所述, 接地系统在可编程序控制器系统中的重要性。对于建设单位在施工和调试中要注意系统接地中的一些细节和问题, 以确保可编程序控制器系统的安全可靠运行。

摘要：接地系统在自动化控制系统中是一个不可忽视的重点。它对系统是否能够安全运行以及信号能否正确传输起着不可小视的作用。本文就可编程序控制器中的接地问题, 说明一些在电气施工和调试中应注意的事项。希望能够为将来可编程序控制器系统的施工和调试工作带来一些方便。

关键词：可编程序控制器 (PLC) ,接地系统,接地处理

参考文献

[1]李晋兵.PLC控制系统抗干扰技术的应用[J].科技情报开发与经济, 2006 (10) .

仪表及控制系统接地 篇7

仪表及控制系统的可靠性直接影响到生产装置安全、稳定的运行,系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。特别是采用分散控制系统,应充分考虑和处理好现场电磁干扰和兼容问题,一方面生产制造单位提高系统抗干扰能力;另一方面,工程设计、安装施工和使用维护单位引起高度重视。

2 干扰的产生

干扰又称为噪声,是窜入或叠加在系统电源、信号线上的与信号无关的电信号。干扰会造成测量的误差、严重的干扰(如雷击、大的串模干扰)可会造成设备损坏。干扰的形成是因为有干扰源的存在。干扰源有内部和外部的,仪表内部的干扰是由于电子线路的热效应和散粒效应所造成的,内部噪声的拟制是仪表电子线路设计者研究解决的问题。仪表使用者关心的是外部噪声,外部噪声有自然界和人为噪声,自然界噪声是闪电等放电现象所形成,认为噪声由无线电波、大功率输电线、产生电火花的设备、电感性负载等所产生。常见的干扰有以下几种:

2.1 电阻耦合引入的干扰

·当几种信号线在一起传输时,由于绝缘材料老化,漏电而影响到其它信号,即在其它信号中引入干扰。

·在一些用电能作为执行手段的控制系统中信号传感器漏电,接触到带电体,也会引入很大的干扰。

·在一些老式仪表和执行机构中,现场端采用220V供电,有时设备烧坏,造成电源与信号线间短路,也会造成较大的干扰。

·由于接地不合理,例如在信号线的两端接地,会因为地电位差而两端之间的信号线上产生一个很大的环流从而加入一较大的干扰。

2.2 电容电感耦合引入的干扰

因为在被控现场往往有很多信号同时接入计算机,而且这些信号线或者走电缆槽,或者走电缆管,但肯定是很多根信号在一起走线。这些信号之间均有分布电容存在,会通过这些分布电容将干扰加到别的信号线上,同时,在交变信号线的周围会产生个交变的磁通,而这些交变磁通会在并行的导体之间产生电动势,这也会造成线路上的干扰。

2.3 计算机供电线路上引入的干扰

在有些现场大型电气设备启动频繁,大的开关装置动作也较频繁,这些电动机的启动、开关的闭合产生的火花会在其周围产生很大的交变磁场。这些交变磁场既可以通过在信号线上耦合产生干扰,也可能通过电源线上产生高频干扰,这些干扰如果超过容许范围,也会影响计算机系统的工作。

2.4 雷击引入的干扰

雷击可能在系统周围产生很大的电磁干扰,也可能通过各种接地线引入干扰。

3 干扰抑制

以上列举了产生干扰的几种原因,这些干扰如果得不到很好的抑制和防止,轻则影响系统的测量技术精度,因而使正常的控制无法实现,重则会造成设备损坏,人们在长期的工程实践中总结出了很多干扰抑制的方法。

3.1 隔离

·使所有的信号线很好地绝缘,使其不可能漏电,这样,防止由于接触引入的干扰;

·将不同种类的信号线隔离铺设(在不同一电缆槽中,或用隔板隔开),我们可以根据信号不同类型将其按抗噪声干扰的能力分成几等。

模拟量信号(模人、摸出,特别是低电平的模人信号如热电偶信号,热电阻信号等)对高频的脉冲信号的抗干扰能力是很差的。建议用屏蔽双绞线连接,且这些信号线必须单独占用电线管或电缆槽,不可与其它信号在同一电缆管(或槽)中走线。

低电平的开关信号(一些状态干结点信号),数据通信线路,对低频的脉冲信号的抗干扰能力比上种信号要强,但建议最好采用屏蔽双绞线(至少用双绞线)连接。此类信号也要单独走线,不可和动力线和大负载信号线在一起平行走线。

高电平(或大电流)的开关量的输入输出、CATV、电话线,以及其它继电器输入输出信号,这类信号的抗干扰能力又强于以上两种,但这些信号会干扰别的信号,因此建议用双绞线连接,也单独走电缆管或电缆槽。

动力线AC220V、380V,以及大通断能力的断路器、开关信号线等,这些线的电缆选择主要不是依抗干扰能力,而是由电流负载和耐压等级决定。

以上说明,同一类信号可能放在一条电缆管或槽中,相近种类信号如果必须在同一电缆槽中走线,则一定要用金属隔板将它们隔开。

·还有一种隔离是将信号源同计算机在电气上进行隔离,这样,会大大地减小共模干扰对计算机造成的危害。

·第四种隔离是供电系统的隔离

为了防止供电线路上引入共模高频干扰信号,可以在供电线路上设隔离变压器进行干扰隔离。为了达到好的干扰抑制效果,有两点必须注意:变压器的屏蔽层要很好地接地;变压器的次级线圈一定要用双绞线。

3.2 屏蔽

屏蔽就是用金属导体,把被屏蔽的元件、组合件、电话线、信号线包围起来,然后将屏蔽层很好地接地。这种方法对电容性耦合噪声抑制效果很好。最常见的就是用屏蔽双绞线连接模拟信号。

以上说的电气屏蔽,但在很多场合下,信号除了受电噪声干扰以外,主要还受到强交变磁场的影响,如电站,冶炼厂重型机械厂等,那么,我们除了要考虑电气屏蔽以外,还要考虑磁屏蔽,即考虑用铁、镍等导磁性能好的导体进行屏蔽。

3.3 绞线

用双绞线代替两根平行导线是抑制磁场干扰的有效办法。每个双绞线小绞纽环中会通过交变的磁通,而这些变化磁通会在周围的导体中产生电动势。相邻绞纽环中在同一导体上产生的电动势方向相反,相互抵消,这对电磁干扰起到较好的抑制作用。

3.4 雷击保护

系统受雷击干扰有两种方式:架空电源线,信号线可能会遭受雷击,另一种是信号电缆附近受到雷击,通过分布电容和电感耦合到信号线,在信号线上产生一个很大的脉冲干扰,有时甚至会烧坏设备,影响人员安全。针对不同的干扰原因,可以采用下面两种措施防雷击:

·对于耦合干扰,我们可用金属电缆管或槽铺设信号线,电缆管或金属槽有很好的接地。

·对于架空信号线,则必须在计算机输入端子处采取防雷措施,如装避雷器,加压敏电阻、较强的滤波电路等来抑制其干扰。

4 接地的作用和分类

仪表控制系统接地系统的作用:一是保护设备和人身安全,二是为信号传输和抑制干扰。接地主要可分为保护接地、工作接地、防静电接地和防雷接地。

4.1 保护接地

保护接地(也称为安全接地)是为人身安全和电气设备安全而设置的接地。凡控制系统的机柜、操作台、仪表柜、配电柜、继电器柜等用电设备的金属外壳及控制设备正常不带电的金属部分,由于各种原因(如绝缘破坏等)而有可能带危险电压者,均应作保护接地。

·低于36V供电的现场仪表,可不做保护接地,但可能与高于36V电压设备接触的除外。

·当安装在金属仪表盘、箱、柜、框架上的仪表,与已接地的金属仪表盘、箱、柜、框架电气接触良好时,可不做保护接地。

4.2 工作接地

仪表及控制系统工作接地包括:仪表信号回路接地、屏蔽接地和本质安全仪表接地。

·仪表信号回路接地

仪表信号接地分隔离信号与非隔离信号。隔离信号一般可以不接地。这里的隔离应当是每一输入信号(或输出信号)的电路与其他输入信号(或输出信号)的电路是绝缘的,对地是绝缘的,其电源是独立的相互隔离的。

非隔离信号通常以24V DC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,而对信号产生干扰。

仪表及控制系统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,对接地电阻没有特殊要求。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,则应采用隔离器将两点接地隔离开。

·屏蔽接地

仪表屏蔽接地分两种。一种是电缆保护管、电缆槽等接地。这类接地应与装置电气接地网相连,属于等电位连接。另一种为信号屏蔽电缆接地,应根据信号源和接收仪表的不同情况采用不同接法。例如:常用的变送器内部电路多数是不接地的,因此信号屏蔽电缆一般在控制室一侧接地。信号屏蔽电缆接地应为单点接地。

·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,不需要专门接地,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,因此安全栅接地必须应与直流电源的共公端相连接;另一种是交流短路,为实现保护功能,安全栅接地又必须与交流供电的中线相连。这就决定了安全栅接地最终应是电气系统接地。

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。

现场本安仪表的信号端一般是不接地的,仪表外壳接地的目的并非为了本质安全。另外,地电位只作用在外壳接地的变送器的绝缘上,不会达到击穿现场仪表绝缘的程度。

4.3 防静电接地

静电放电的特点是电压高、电流小、时间短、功率高。对仪表系统而言,人体静电在电子装置的金属外壳上放电是最常见的静电放电现象。抑制或消除静电放电应采取多种措施,除尽量避免产生静电外,及时泄放静电是有效手段之一。仪表及控制系统的防静电接地比较简单,静电导体对地的泄放电阻通常是104~106Ω数量级的,因此很多相应的资料规定用于静电接地的电阻为100Ω。并且,防静电接地可与其他接地系统共用。

4.4 防雷接地

·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。

·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。

仪表及控制系统防雷接地是仪表及控制系统防雷工程的一个组成部分。文献[1]对这个问题有比较详细的论述。

5 接地系统和接地原则

接地系统有接地联接和接地装置两部分组成。接地联接包括:接地连线、接地汇流排、接地分干线、接地汇总板、接地干线。接地装置包括:总接地板、接地总干线,接地极。

·仪表及控制系统的接地联接采用分类汇总,最终与总接地板连接的方式。交流电源的中线起始端应与接地极或汇流总接地板连接。

·当电气专业已经把建筑物(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。[2]如图1所示。等电位连接的接地连接电阻即接地连接通路的电阻不大于1Ω,接地极对地电阻小于4Ω。在无法满足等电位接地的情况下,允许系统工作接地进行单独接地,同时将系统保护接地接到电气地。当采用单独接地时,此时应保证接地电阻小于4Ω,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。

·在各类接地连接中严禁接入开关或熔断器。

6 接地连接方法

6.1 现场仪表的连接方法

·对于现场仪表电缆槽、仪表电缆保护管以及36V以上的仪表外壳的保护接地,每隔30m用接地连接线与就近已接地的金属构件项链,并应保证其接地的可靠性及电气的连续性。

严禁利用储存、输送可燃性介质的金属设备、管道以及与之相关的金属构件进行接地。

·现场仪表的工作接地一般应在控制室侧接地。如图2所示。

·对于被要求或必须在现场接地的仪表(如:接地型热电偶、p H计及电磁流量计等),应在现场侧接地。如图3所示。

·对于被要求或必须在现场接地的仪表,同时又要将控制室接收仪表在控制室侧接地的,应将两个接地点做电气隔离。如图4所示。

·现场仪表接线箱两侧的电缆的屏蔽层应在箱内跨接。另外现场仪表接线箱内的多芯电缆备用芯线宜在箱内做跨接。

6.2 控制室仪表接地的连接方法

·控制室(集中)安装仪表的的控制设备(仪表柜、台、盘、箱)内应分类设置保护接地汇流排、信号及屏蔽汇流排和本安接地汇流排条。

·各仪表设备的保护接地端子和信号及屏蔽接地端子通过各自的接地连线分别接至保护接地汇流排和工作接地汇流排。

·各类接地汇流排经各自的接地分支干线分别接至保护接地汇总板和工作接地汇总板。

·齐纳式安全栅的每个汇流条(安装轨道)可分别用两根接地分干线接到工作汇流总板。

·齐纳式安全栅的每个汇流条也可由接地分干线于两端分别串接,再分别接至工作接地汇总板。

保护接地汇总板和工作接地汇总板经过各自的接地干线接到总接地板。

7 系统接地注意事项

·仪表系统接地的施工应严格按照设计要求进行,不能为了方便随便予以更改。对隐蔽工程施工后应及时做好详细记录,并设置标识。

·在接地的各个联接点,应保证接触牢固可靠,并采取措施确保接触面不致受到污染和机械损伤。

·在控制系统投运前,应确保接地工作已完成,符合要求。

·在生产过程中对个别仪表进行维修会造成接地联接断路时,应事先做好临时性跨接。

摘要：接地是抑制系统干扰的重要方法。良好的接地系统则是使控制系统稳定运行、消除干扰的重要措施之一。文章从仪表及控制系统干扰来源及干扰抑制方法的原理入手,阐述了仪表及控制系统接地作用和注意事项,以便于仪表控制工程技术人员在实施仪表控制系统接地问题时有一个明确、清晰的思路。

关键词：接地,控制系统接地,接地装置

参考文献

[1]李建国.仪表防雷接地设计初探[J].炼油化工自动化.1997,(1):19-23.

远动自动化系统中的接地分析 篇8

在自动化相关系统中, 一般有以下几种地线:信号地 (模拟地、数字地) 、安全地、系统地、交流地。

模拟地作为传感器、变送器、放大器、A/D和D/A转换器中模拟电路的零电位, 直接与生产现场连接。数字地是计算机中各种数字电路的零电位, 应该与模拟地分开, 避免模拟信号受数字脉冲的干扰。两者都是为保证信号具有稳定的基准电压而设置的接地。

安全地的目的是使设备机壳与大地等电位, 以避免机壳带电而影响人身及设备安全和防止电磁干扰和雷击等因素对设备的影响和损坏而设置的接地。通常安全地又称为保护地或机壳地, 是为保证人身及设备安全而设置的接地。

系统地就是上述几种地的最终回流点, 直接与大地相连。地球是导体而且体积非常大, 因而大地的静电容量也非常大, 电位比较恒定, 所以人们把它的电位作为基准电位, 也就是零电位。一般系统维护人员很容易将安全地、系统地和交流地同等对待。其实三者相互联系, 但绝不等同。

交流地是计算机交流供电电源地, 即动力线地, 它的地电位取决于供电质量, 一般情况下较为稳定, 但并非理想状况下的零电位。在交流地上任意两点之间, 往往有几伏甚至几十伏的电位差存在。很容易带来各种干扰。因此, 交流地绝对不允许分别与上述几种地相连, 而且交流电源变压器的绝缘性能要好, 绝对避免漏电现象。

显然, 采用合理的接地方法是非常重要的。接地系统的选用一般可根据接地引线长度和电子设备的工作频率来计算高频阻抗及射频电阻, 然后选用合适的方式, 当频率小于1MHz时, 可以采用单点接地方式, 当频率高于10MH时, 可以采用环 (网) 状接地方式。在1至10MHz之间, 如果用单点接地时, 其地线长度不得超过波长的1/20, 否则应环状接地。单点接地的目的是避免形成地环路, 地环路产生的电流会引入到信号回路内引起干扰。

在过程控制计算机中, 一般采用分别回流法单点接地。回流线往往采用汇流条而不采用一般的导线。汇流条是由多层铜导体构成, 截面呈矩形, 各层之间有绝缘层。采用多层汇流条以减少自感, 可减少干扰的窜入途径。在要求高的系统中, 分别使用横向及纵向汇流条, 机柜内各层机架之间分别设置汇流条, 以最大限度地减少公共阻抗的影响。在空间上将数字地汇流条与模拟地汇流条间隔开, 以避免通过汇流条间电容产生耦合。安全地 (机壳地) 始终与信号地 (模拟地、数字地) 是浮离开的。这些地之间只在最后会聚一点, 并且常常通过铜接地板交汇, 然后用线径不小于300mm2的多股软线焊接在接地极上后深埋地下。

2 低频接地技术

2.1 一点接地方式

信号地线的接地方式应采用一点接地。一点接地主要有两种接法:即串联接地 (或称共同接地) 和并联接地 (或称分别接地) 。

从防止噪声角度考虑, 串联接地方式是最不适用的。由于地电阻是串联的, 所以各电路间相互发生干扰。虽然这种接地方式很不合理, 但由于比较简单, 用的地方仍然很多。当各电路的电平相差很大时就不能使用, 因为高电平将会产生很大的地电流并干扰到低电平电路中去。使用这种串联一点接地方式时还应注意把低电平的电路放在距接地点最近的地方。

并联接地方式在低频时是最适用的, 因为各电路的地电位只与本电路的地电流和地线阻抗有关, 不会因地电流而引起各电路间的耦合。这种方式的缺点是需要连很多根地线, 用起来比较麻烦。在远动系统中, 如果多台设备接地线合用同一接地点, 必须并联, 严禁串联。

2.2 实用的低频接地

一般在低频时用串联一点接地的综合接法, 即在符合噪声标准和简单易行的条件下统筹兼顾。也就是说可用分组接法, 即低电平电路经一组共同地线接地, 高电平电路经另一组共同地线接地。注意不要把功率相差很多、噪声电平相差很大的电路接入同一组地线接地。

在一般的系统中至少要有3条分开的地线 (为避免噪声耦合, 3种地线应分开) , 一条是低电平信号地线;一条是继电器、电动机等的地线 (称为噪声地线) , 一条是设备机壳地线 (称为金属件地线) 。若设备使用交流电源, 则电源地线应和金属件地线相连。这三条地线应在一点连接接地。使用这种方法接地时, 可解决计算机控制系统的大部分接地问题。

3 通道馈线的接地技术

3.1 电路一点地基准

一个实际的模拟量输入通道, 总可以简化成由信号源、输入馈线和输人放大器3部分组成。将信号源与输入放大器分别接地的方式是不科学的。它在受到磁场耦合影响的同时, 还会判断两点地电位不等而引起环流噪声干扰。忽略导线电阻, 误认为两点都是大地地电位应该相等, 是导致这种接地错误的根本原因。实际上, 由于各处接地体几何形状、材质、埋地深度不可能完全相同, 土壤的电阻率因地层结构各异也相差甚大, 使得接地电阻和接地电位可能有很大的差值。这种接地电位的不相等, 几乎每个控制现场都要碰到。

为了克服双端接地的缺点, 应将输入回路改为单端接地方式。当单端接地点位于信号源端时, 放大器电源不接地;当单端接地点位于放大器端时, 信号源不接地。

3.2 电缆屏蔽层的接地

当信号电路是一点接地时, 低频电缆的屏蔽层也应一点接地。如欲将屏蔽一点接地, 则应选择较好的接地点。

当一个电路有一个不接地的信号源与一个接地的 (即使不是接大地) 放大器相连时, 输入线的屏蔽应接至放大器的公共端;当接地信号源与不接地放大器相连时, 即使信号源端接的不是大地, 输入线的屏蔽层也应接到信号源的公共端。

4 主机外壳接地与多机系统接地

为了提高计算机的抗干扰能力, 将主机外壳作为屏蔽罩接地。而把机内器件架与外壳绝缘, 绝缘电阻大于50M欧姆, 即机内信号地浮空。这种方法安全可靠, 抗干扰能力强, 但制造工艺复杂, 一旦绝缘电阻降低就会引入干扰。

通常, 一幢建筑物存在多种接地。除上面提到的设备接地外, 还有重复接地、防雷接地等。可以利用建筑物金属体在房间内将有关的和内部有连接的各电子设备之间作为等电位联结, 建筑物结构金属体起到一种屏蔽作用, 类似于计算机外壳屏蔽。

在计算机网络系统中, 多台计算机之间相互通信, 资源共享。如果接地不合理, 将使整个网络系统无法正常工作。近距离的几台计算机安装在同一机房内, 可采用多机一点接地方法。对于远距离网络多台计算机之间的数据通信, 可通过隔离的办法把地分开。例如:采用变压器隔离技术, 光电隔离技术和无线电通信技术。

摘要：在自动化相关系统中, 一般有以下几种地线:信号地 (模拟地、数字地) 、安全地、系统地、交流地, 在不同组网传输类型的系统中应该怎样选用正确的接地方式。

DCS集散控制系统接地 篇9

1 DCS接地系统的分类

对于DCS集散控制系统来说, 在其设计的过程中, 有很多的地方都需要做好接地工作。然而由于一些DCS集散控制系统回路性质的差异以及接地目的的不同, 往往需要将DCS集散控制系统分为若干独立的接地系统, 然后将其进行总接地操作。对于DCS接地系统, 一般分为两种形式:一种是保护接地, 还有一种是工作接地, 其中工作接地又分为逻辑接地和屏蔽接地这两者形式。

对DCS系统进行保护接地, 主要是为了防止DCS系统的设备外壳静电积累过多, 从而对DCS系统和人体造成伤害。因此, 对于DCS系统的所有机柜控制站、打印机、220v电源等, 都需要做好接地保护工作。特别需要引起注意的是, 对于变频器这一设备, 一定要做好接地保护工作。

逻辑接地主要指的是DCS系统内部的逻辑电平负端公共地, 对于DCS系统中CPU的±5V、±12V的负端, 都需要进行逻辑接地。

屏蔽接地主要是为了将干扰信号传播的电磁波进行屏蔽, 从而确保所传播信号的准确性和稳定性。在DCS系统中, 屏蔽接地所指的是信号电缆的屏蔽层, 不过对于信号电缆的屏蔽接地, 只需要确保一端进行接地即可, 这样能够有效地防止因两端接地而形成的闭合回路干扰。在进行屏蔽接地操作的时候, 所使用的必须是铜丝网或镀铝作为屏蔽层进行接地, 切勿使用金属铠作为屏蔽接地保护。

在将DCS系统与工作地进行相连时, 必须保证DCS柜的外壳没有与电气地进行连接。如果这两者进行了连接, 则一定不能将DCS系统与工作地相连。

2 DCS系统接地要求

DCS系统在进行接地操作的时候, 为了确保接地工作的准确性和有效性, 需要保证接地工作做到如下几个方面的要求:

(1) 对于DCS机柜的外壳, 需要将其连接到机柜各自的接地线上, 严禁将其与建筑物的钢筋相连接。与此同时, 对于其他类型的接地操作, 都需要按照相应的要求进行连接, 然后使用两根铜芯电缆引至接地极。不过需要注意的是, 对于铜芯电缆的使用, 需要确保其质量和规格符合厂家的要求。

(2) 对于DCS系统的接地操作, 需要符合“一点接地”的要求, 即整个DCS系统的接地只有一处连接在地网上。

(3) 对于屏蔽接地操作, 对于信号的输入和输出端, 需要单独进行接地, 并且需要将屏蔽线直接接在机柜地线上。

(4) 对于DCS系统, 如果是需要进行接地网的单独设置, 则需要确保接地网的周围没有大型设备进行接地。如果对于DCS系统使用公用接地网, 也需要确保接地级远离大型设备的接地极。

3 DCS系统较易发生的接地问题及相应的解决措施

3.1 在进行DCS系统接地操作的时候, 如果将DCS系统的安全接地与工作接地混连在了一起, 那么安全接地极将会对相应的工作信息造成干扰, 最终严重影响到DCS系统的正常运行。针对于这一问题, 需要相关的接地操作人员引起足够的重视, 进行接地操作时, 将这两者进行严格地分开。

3.2 对于本安接地和系统接地, 如果没有进行合适的电气连接, 那么往往会使得接地电位与电源的电位不在同一个层次上面, 这样会使得这两者之间的电位差越来越大, 当这个差值达到一定值时, 将会造成DCS系统损坏。针对于这一问题, 需要相关人员在进行接地操作时, 对于系统接地和本安接地, 可用一组接地极。

3.3 对于屏蔽层的接地操作, 进行多点接地会使得信号回路遭到一定的影响。针对于这一问题, 需要保证屏蔽层的接地母线使用50~100mm的高导通型铜棒, 对于这些铜棒还需要进行镀锡操作, 从而以减小信号回路所遭到的影响。

3.4 对于DCS系统中的控制室和各个组成部件的接地操作, 往往采用的接地方式是串接而不是放射型接线, 这样会使得DCS系统中各器件接地点电位的不同而造成互相的干扰。针对这一问题, 需要将屏蔽层的部件和控制室进行各自接地, 并且保证连接接地母线的导线电阻在0.1Ω以下。

4 结语

综上所述, 对于DCS系统而言, 做好相应的接地工作意义重大。大量的事实研究表明, DCS系统在运行的过程中出现的死机、信号不良等问题大多是因为接地工作没有做好所导致的。因此, 作为相关人员, 需要对DCS系统的接地工作给予足够的重视, 在今后的工作过程中多进行学习和总结, 确保将DCS系统的接地工作做得更好, 从而最终为DCS系统更好地运行打下坚实的基础。

参考文献

[1]吴唯质, 成胜昌, 袁文重, 肖凌涛.妈湾发电总厂4号机组DCS系统模拟量信号大范围波动分析处理[J].热力发电, 2012 (01) :40-41.

[2]张晓臣.DCS控制系统的接地防护相关问题分析[J].中国科技博览.2013, 17 (11) :145-146.

自动控制系统的接地 篇10

一、小电流接地选线实现方式

（一）利用专用接地选线装置，原理有利用暂态分量实现接地选线、利用注入分量进行接地探测选线、利用行波原理实现接地选线等，其工作原理不受消弧装置影响；

（二）利用消弧装置自带的选线功能，利用瞬时投入中电阻，采集零序电流、电压分量进行接地选线判别；

（三）利用保护装置及后台监控系统综合选线功能，适用于保护装置与后台监控为同一厂家，利用保护装置零流告警及后台监控零功判别综合选线功能；当该站装设消弧装置后，受其工作原理影响，该功能无法再使用，需退出；

（四）利用保护装置自带的零流告警功能，当该站装设消弧装置后，受其工作原理影响，该功能无法再使用，需退出。

二、通过对不同厂家选线设备的原理分析，建议小电流接地选线的选用原则如下

（一）站内未装设消弧装置且无其他小电流接地选线装置，优先选用保护装置自带的接地选线功能、保护装置及后台监控系统综合选线功能，对选线正确率较低的可考虑装设专用小电流接地选线装置。

（二）站内装设消弧线圈装置后，优先选用消弧装置自带小电流接地选线功能；由于装设消弧线圈装置后，零序电流瞬间降为最小，故取消原保护装置自带的接地选线功能以及通过稳态零序过电流越限实现告警选线的小电流接地选线装置。

三、结合平时的运维，对造成小电流接地选线正确率较低的主要问题及原因分析如下

（一）利用消弧装置和后台综合选线，受其工作原理影响，选线时间长。利用消弧装置选线，接地时消弧装置必须投入中电阻，才能实现正确选线，若中电阻未投入工作，那么此时所报出的接地支路就不准确，可能产生误报或拒报；且控制器内部参数设置是否正确，反馈电阻是否符合与零序CT变比是否匹配等因素也可能造成误报或拒报。利用后台综合选线，当发生接地，首先必须判断母线电压下降后，才开始召唤各馈线支路的零序电流及零序电压，在软件中进行零序功率计算，从而选出接地支路，可能存在选线时间较长，一般可达10～20分钟，这些在接地检查汇报时需要运行人员特别注意。

（二）利用后台综合选线及科汇等小电流接地选线，通过零序方向或暂态分量原理进行接地支路的判断，必须确保零序互感器接线极性的正确性。现场零序CT装设不正确、CT极性接反，将导致拒选线或误选线。应加强现场新间隔投运前验收。

（三）利用保护装置零序过流报警进行接地选线，目前应用于站内未装设消弧装置，站内无专用接地选线装置，同时保护装置与后台监控系统不是同一厂家，采取的一种接地选线方式，目前告警值通常整定80～100毫安，因采用纯零序电流告警方式，无法区分接地支路或非接地支路，应用中带有较大的局限性，是目前临时采用的一种接地选线方式。当馈线支路增加的情况下，应考虑增设专用接地选线装置或通过加装消弧装置的选线功能实现。

（四）各站运行值班人员对站内小电流接地选线实现方式不熟悉，发生接地后，出现漏检查或误汇报的情况；发生失地后，集控站/调度监控台无接地支路显示或误报多条支路的，拉路查找时确认故障支路后，未及时对现场接地选线设备动作情况进行复查，导致汇报给调度部门信息不准确，不利于对小电流接地选线运行情况归类统计及事后检查，及对故障或异常的定位（可能是信号库出错或装置无法正确选线等）。应加强新间隔调度监控信号上传的规范性验收。

（五）馈线支路名称或编号更改，小电流接地选线装置未及时进行异动，导致选线出错。

电气设备控制系统接地故障处理 篇11

山东核电设备制造有限公司先后有多台设备因控制系统瘫痪无法运行, 多是由于接地方式出现问题, 信号传输受到电磁干扰, 致使信息传递受阻或失真。一些设备安装调试后, 1年内均能正常运行, 但随着使用过程中的磨损老化以及周围环境的变化影响, 接地的稳定性受到一定影响, 不合适的接地方式逐一暴露出问题。设备维修工作中信号干扰是较难解决的问题, 一旦出现电磁或谐波干扰以及阻抗匹配问题, 维修人员易陷入接地或其他方面问题误区, 使维修复杂化。干扰源和接地问题点一般难以查找判断, 处理方式多是选择一个合适的接地方式或对干扰源进行屏蔽隔离。

一、故障案例

(1) 1台50000k N油压机, 控制系统是欧姆龙PLC及Devicenet总线控制系统 (图1) , 信号传输控制线使用8mm Devicenet五芯屏蔽信号线。油压机发生故障时PLC报警显示“03” (“03”节点代表油压机模具滑块的MTS位移尺) 和“d5” (没有反馈信号) 并闪烁, 设备无法正常运行。报警显示表明信号传输受到影响, PLC未接收到尺子的反馈信号。检查维修时发现以下问题。

连接位移尺节点模块的现场总线Devicenet的屏蔽线采用两端接地, 由于接地方式与信号传输频率有关, 按照要求, 当信号传输频率f<1MHz时, 可用一点接地, 当时油压机电气控制系统使用的频率为50Hz, 但采用两端接地。并且使用两端接地时, 由于Devicenet总线控制系统的MTS位移尺模块与尺子接口距离约12m, 信号传输时必然产生压降, 两端点易形成接地环流, 对信号传输有一定消减作用, 阻碍信号传输。

控制系统的接地与380V动力电源接地使用了同一接地点, 这样必对控制系统有一定的谐波干扰或冲击。

Devicenet信号线与动力电缆铺设在同一电缆槽内, 未进行隔离, 并且未在Devicenet信号线穿上具有屏蔽性能的管路。

对存在的问题进行整改, 首先将接地方式改为单端 (一点) 接地;然后将信号控制系统的接地点从动力电源接地点区域分离, 并进行单独接地;最后将Devicenet信号线与动力电缆进行隔离, 并在Devicenet信号线穿上铝质金属软管 (具有屏蔽谐波、防电磁干扰作用) 。整改后, PLC报警消除, 油压机运行恢复正常。

设备正常运行1天后, PLC又开始出现报警故障, 报警显示“03”和“d9”, 出现“d9”表明尺子的反馈信号已收到, 只是在传输过程中出现了失真错误。检查整改的线路, 未发现任何问题, 并且已对干扰源进行彻底整改, 可排除干扰问题。考虑到线路较长 (PLC输入/输出总线单元端口距离MTS位移尺接口约20m) , 信号传输中易出现波反射现象。消除波反射的办法一般是在PLC总线输入/输出端 (图1 DRM21总线单元—单元号1) 增加匹配的终端或始端电阻。根据信号线特性阻抗值, 在输入/输出端接线端子 (表1) 2、4之间增加1个120Ω电阻。重新启动设备, 故障消除, 设备至今已有2年时间未再发生类似故障, 故障彻底排除。

(2) 上述油压机附近有一台用来测量弧形钢板的测量机器人, 两者相距10m, 测量机器人多次发生控制系统方面问题, 多因谐波干扰所致。所出现的干扰问题有两类: (1) 屏蔽信号线接地端松动或脱落, 造成信号线内外电磁流无释放点; (2) 附近油压机启动和压制钢板时产生较大电流, 对整个车间的电压稳定性都有一定影响, 从而影响机器人输入电压的稳定性, 并且油压机产生的大电流生成的电磁波以及机器噪音都会对机器人信号控制系统产生冲击, 使当时数据测量失真, 机器运行异常。采取如下措施后, 故障消除。

紧固测量机器人各信号线接地。根据测量机器人功率值, 在其电源输入端增加1台稳压器, 以缓解大电流压降的影响。尽量避免在油压机运行的同时使用测量机器人设备。

二、总结