接地问题是在DCS应用中,最让大家不清楚的,又是必须理解一个问题。不仅现场维护人员不清楚,就有的代理商的有些人都未必清楚的解释出来这是怎么一回事,原因是因为大多数学自动化控制和PC的人在学校学自动控制原理或PC原理时是不学习接地问题这一块的内容的,而工业控制PC又涉及到除了PC本身之外还有很多各种类型的信号,直接与PC I/O接口相连,这些信号有开关量、模拟量。有的系统中还有交流信号直接通过互感器而接到PC的交流信号,这样也就造成了各工控机厂家(特别是DCS厂家)为了保证自己系统能够在各种应用现场正常运行,提出了各种各样的接地要求。而这些要求差别较大,有的也很苛刻,有的也相对宽松一些。这就更使现场维护人员混乱了。不仅厂家提的接地要求不一致,而且各教科书和设计手册中对接地的解释也不统一。为了让现场施工人员和维护人员对接地问题有一个较全面的了解,我们在此较为详细地介绍一个系统应用中遇到的一些接地概念和方法。
1、干扰原因
干扰又叫噪声,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。)
常见的干扰有以下几种:
(1)电阻耦合引入的干扰(传导引入)
①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。
②在一些用电能作为执行手段的控制系统中(如电热炉、电解槽等)信号传感器漏电,接触到带电体,也会引入很大的干扰。
③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。
④由于接地不合理,例如在信号线的两端接地,会因为地电位差而加入一较大的干扰,如图示。信号线的两端同时接地,这样,如果A、B两点的距离较远,则可能会有较大的电位差eN ,这个电位差可能会在A、B两端之间的信号线上产生一个很大的环流。
(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。
(3)计算机供电线路上引入的干扰
在有些工业现场(特别是电厂冶金企业、大的机械加工厂)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。
(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。
2、干扰抑制
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。
(1)隔离
①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;
②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(AI、AO,特别是低电平的AI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,可与其它信号在同一电缆管(或槽)中布线。
低电平的开关信号(一些状态干结点信号),数据通信线路(RS232、EIA485等),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。此类信号也要单独布线,不可和动力线和大负载信号线在一起平行布线。
高电平(或大电流)的DI、DO、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、AC380V,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。
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