仪表及控制系统接地设计
随着电子式仪表，特别是电动三型仪表和分散控制系统（DCS ）的应用，仪表系统的接地已经成为仪表工程设计的一个组成部分。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，若不考虑和处理好现场电磁干扰和兼容问题，一方面要求生产制造单位提高系统抗干扰能力；另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护单位引起高度重视。
第一节 抗干扰措施
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。
一、干扰源及其对系统的干扰机制
1、来自空间的辐射干扰，2、来自信号线引入的干扰；3、来自接地系统混乱时的干扰；4、来自计算机内部的干扰；5、仪表供电线路引入干扰。 仪
表
及
控
制
系
统
接
地
方
案 二、抗干扰措施 1、隔离；2、屏蔽；3、绞线；4、对电源引入干扰的拟制；5、雷击保护 第二节 典型数字控制系统抗干扰要求及工程设计 一、抗干扰要求 1、采用性能优良的隔离电源，拟制电网引入的干扰；2、正确选择接地点，完善接地系统：1）、全系统采用统一的接地网；2）信号屏蔽层的接地必须保证单点接地；3）合理选择和敷设信号电缆；4）硬件滤波；5）软件抗干扰措施。 二、工业计算机系统工程化应用的抗干扰设计 工业计算机系统的抗干扰是一个系统工程，要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰能力的产品，且有赖于使用部门在工程设计、安装施工和运行维护中予以全面考虑，并结合具体情况进行综合设计，才能保证系统的电磁兼容和运行可靠。在进行具体工程的抗干扰设计时，应注意以下两方面：1）、设备选型；2）综合抗干扰设计。 工业计算机系统工程化应用的电磁兼容性设计是一个系统工程，必须全面综合考虑，并在各个环节上予以高度重视。 第三节 接地系统的设计 接地系统的作用：一是保护设备和人身安全，二是抑制干扰。接地系统设计的错误，轻则造成仪表不正常工作，重则造成严重事故。 仪表接地系统有屏蔽接地、本安接地、保护接地、信号回路接地之分。按此分类，若各种接地都单独设置接地系统，在现实中是难以实现的，为此把仪表接地系统分为两大类，保护地和工作地，工作地包括了屏蔽接地、本安接地、和信号回路接地。 一、接地的作用 1）保护接地的作用：保护设备和人身安全。 2）工作接地的作用：保证仪表精确、可靠地正常工作。 （1）信号回路接地；分两种类型：一是仪表、PLC 、DCS 、计算机系统等电子设备本身结构造成的事实上的接地；一是为抑制干扰而设置接地。 （2）屏蔽接地：抑制电容性耦合干扰，降低电磁干扰的部件的一种有效措施。 在仪表系统中要做屏蔽的接地的有： a 导线的屏蔽层、排扰线；
b 仪表上的屏蔽接地端子；
c 未作保护接地而起屏蔽作用的金属导线管、金属汇线槽及金属仪表外壳。
（3）本安仪表系统接地。这种接地除了具有抑制干扰的作用外，还有使仪表具有本安性质的措施之一。
本安仪表系统的本安性能是借助于安全栅的隔离和能量限制作用，以保证进入危险的能量限制在安全定额以下，从而达到安全火花型的防爆性能。
二、接地系统的设计
控制室内的仪表接地系统由接地线、接地汇流排、公用连接板、接地体等几部分组成。
接地系统设计中应遵守的原则、接地体的设置以及接地线等有关问题介绍如下：
1、工作接地的原则——单点接地
由于地电位差的存在，如果出现一个以上的接地点就会形成回路，使仪表引入干扰，所以同一信号回路、同一屏蔽层或排扰线只能有根据一个接地点，不能有一个以上的接地点，除了既定接地以外，其他部位应与一切金属构件绝缘。
信号回路的接地位置根据仪表类型决定。有些信号回路，信号源和接收仪表的公共线都要接地，必须把两个接地点作电气隔离。仪表线路中常用隔离变压器来实现。
2、接地体的设置
仪表接地系统的保护接地一般情况下宜和电力系统的接地体共用，不必单独设置接地体。
仪表系统工作接地体的设置有三种处理方式：
单独设置的仪表系统接地体
厂区电气系统接地网
电气系统在不同装置或不同界区分设的接地分配器。
采取何种方式，应根据具体情况决定。
下面几种情况推荐单独设置接地体：
需要单独设置的本质安全仪表系统；
需要单独设置的DCS 或计算机系统；
电气系统接地网接地电阻不能满足仪表系统接地要求时；
土壤电阻率高，接地电阻不能达到设计值的场所，例如砂地、岩石或干燥地区；
周围环境存在严重的电磁干扰；
所选用的仪表对躁声相当敏感，抗干扰要求高，如电磁流量计等；
控制室与电力系统接地体距离较远，若共用接地体，会使接地线过长，给施工维护带来不便；
单独设置接地体较为经济合理时。
从抑制干扰的观点，防止电力系统对仪表的干扰，把两个系统的接地完全分开，各自设置接地体，对仪表的防干扰是有利的。但从工程观点看，单独设置接地体比共用接地体投资大，费钢材，占地面积大，安装维护麻烦。一般，除上述特殊情况外，仪表接地系统可以和电力系统共用接地体而不必单独设置。
实际工程设计中，电气专业往往把全厂的地下管道、地下结构、接地体连接成一个统一的接地网，其接地电阻值可达到很小的一个值，这对抑制干扰是很有利的。在这种情况下要把仪表接地系统和电力接地系统完全分开，对于安装和维护是件很麻烦的事，采取共用接地体比较方便。
仪表系统单独设置接地体，也应该把仪表系统的接地体和电力系统的接地体连接起来，以达到电位平衡的目的。
3、接地电阻
接地体或自然接地体的对地电阻和接地线电阻的总和称为接地电阻。
仪表系统的保护接地电阻，一般为4Ω，最高不宜超过10Ω。当设置有高灵敏度接地自动报警装置时，如漏电开关，接地电阻值可大于10Ω。
PLC主要用于开关量的检测控制，它的输入、输出模块大多具有光电隔离功能，因而接地要求相对比较低。用于模拟量检测控制的DCS 系统，接地要求相对比较高。几种主要DCS 系统的接地要求见下表：
DCS 系统牌号 制造厂 接地电阻 附注
CENTUM 日本横河
TDC-3000 美国Honeywell
交流与避雷地
数据公路与主参考地
与之相连的非TDC-3000计算机参考地
PROVOX 美国Fisher 1~3Ω 可与厂区地合用
RS3 美国Rosemount
1/A 美国Foxbro
TELEPERM 德国
当信号回路多点接地时，由于地点位的不同，会在信号传输中引起误差。但也有一些信号回路不接地的浮动工作地系统。
4、接地线的选择和连接
仪表系统的接地连线应使用多股铜芯绝缘电线或电缆，不允许再用裸导线或钢材，这对保证接地系统的质量，提高接地连线的连续性和可靠性有较大的好处。 仪表系统的接地连线，除可引向单独设置的仪表系统接地体、厂区电气系统接地网以外，还可以引向电气系统在不同装置或不同界区分设的接地分配器。
（1）保护接地的接地线 接地支线、接地分干线和接地总干线的截面数值选择，见下图：
用途 导线截面/mm²
接地支线 1~2.5
接地分干线 4~25
接地总干线 16~100
（2）工作接地的接地线
仪表盘、仪表柜、控制柜上需要接地的仪表，应连接到接地端子或接地汇流排。接地汇流排宜采用25mm ×6mm 的铜条，应设置绝缘支撑。
仪表盘、仪表柜、控制柜内的接地端子或汇流排，经各自的接地分干线至接地连接板，再由接地总干线与接地体连接。各汇流排、分干线应彼此绝缘。接地连接板应采用铜板制作，且采用绝缘支架固定。接地支线的连接、接地分干线的连接、接地总干线与接地连接板的连接，应设置铜制接线片，并采用铜制紧固件固定。各类接地连线中严禁接入开关或熔断器。
当仪表盘内同时有保护接地和工作接地时，应分别设置供这两类接地的专用汇流排或端子板。各台仪表的保护接地、工作接地分别接至相应的接地汇流排或端子板。盘内的这两类接地汇流排或端子板经各自的分干线引至各自的公用接地板或接地总干线。这两类接地汇流排、分干线、总干线应彼此绝缘。
当仪表系统和电力系统共用接地体时，两个系统的接地汇流排分干线、总干线应彼此绝缘。它们只能在接地体处或公用连接板处作相互连接，绝对不能在这点之前相连接，否则会引入干扰。接地线用色泽标记。在一根接地线上严禁串接多个需要接地的仪表或装置，因为这种做法不安全，一个接头的中断会引起多台仪表脱开接地点。
接地线的连接必须牢靠。接地支线与仪表和接地汇流排的连接为螺栓连接；接地分干线与接地汇流排和公用连接板的连接用焊接或螺栓连接；接地分干线、接地总干线与接地体的连接为焊接。螺栓连接时应装配防松零件。
仪表及控制系统接地设计
随着电子式仪表，特别是电动三型仪表和分散控制系统（DCS ）的应用，仪表系统的接地已经成为仪表工程设计的一个组成部分。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，若不考虑和处理好现场电磁干扰和兼容问题，一方面要求生产制造单位提高系统抗干扰能力；另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护单位引起高度重视。
第一节 抗干扰措施
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。
一、干扰源及其对系统的干扰机制
1、来自空间的辐射干扰，2、来自信号线引入的干扰；3、来自接地系统混乱时的干扰；4、来自计算机内部的干扰；5、仪表供电线路引入干扰。 仪
表
及
控
制
系
统
接
地
方
案 二、抗干扰措施 1、隔离；2、屏蔽；3、绞线；4、对电源引入干扰的拟制；5、雷击保护 第二节 典型数字控制系统抗干扰要求及工程设计 一、抗干扰要求 1、采用性能优良的隔离电源，拟制电网引入的干扰；2、正确选择接地点，完善接地系统：1）、全系统采用统一的接地网；2）信号屏蔽层的接地必须保证单点接地；3）合理选择和敷设信号电缆；4）硬件滤波；5）软件抗干扰措施。 二、工业计算机系统工程化应用的抗干扰设计 工业计算机系统的抗干扰是一个系统工程，要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰能力的产品，且有赖于使用部门在工程设计、安装施工和运行维护中予以全面考虑，并结合具体情况进行综合设计，才能保证系统的电磁兼容和运行可靠。在进行具体工程的抗干扰设计时，应注意以下两方面：1）、设备选型；2）综合抗干扰设计。 工业计算机系统工程化应用的电磁兼容性设计是一个系统工程，必须全面综合考虑，并在各个环节上予以高度重视。 第三节 接地系统的设计 接地系统的作用：一是保护设备和人身安全，二是抑制干扰。接地系统设计的错误，轻则造成仪表不正常工作，重则造成严重事故。 仪表接地系统有屏蔽接地、本安接地、保护接地、信号回路接地之分。按此分类，若各种接地都单独设置接地系统，在现实中是难以实现的，为此把仪表接地系统分为两大类，保护地和工作地，工作地包括了屏蔽接地、本安接地、和信号回路接地。 一、接地的作用 1）保护接地的作用：保护设备和人身安全。 2）工作接地的作用：保证仪表精确、可靠地正常工作。 （1）信号回路接地；分两种类型：一是仪表、PLC 、DCS 、计算机系统等电子设备本身结构造成的事实上的接地；一是为抑制干扰而设置接地。 （2）屏蔽接地：抑制电容性耦合干扰，降低电磁干扰的部件的一种有效措施。 在仪表系统中要做屏蔽的接地的有： a 导线的屏蔽层、排扰线；
b 仪表上的屏蔽接地端子；
c 未作保护接地而起屏蔽作用的金属导线管、金属汇线槽及金属仪表外壳。
（3）本安仪表系统接地。这种接地除了具有抑制干扰的作用外，还有使仪表具有本安性质的措施之一。
本安仪表系统的本安性能是借助于安全栅的隔离和能量限制作用，以保证进入危险的能量限制在安全定额以下，从而达到安全火花型的防爆性能。
二、接地系统的设计
控制室内的仪表接地系统由接地线、接地汇流排、公用连接板、接地体等几部分组成。
接地系统设计中应遵守的原则、接地体的设置以及接地线等有关问题介绍如下：
1、工作接地的原则——单点接地
由于地电位差的存在，如果出现一个以上的接地点就会形成回路，使仪表引入干扰，所以同一信号回路、同一屏蔽层或排扰线只能有根据一个接地点，不能有一个以上的接地点，除了既定接地以外，其他部位应与一切金属构件绝缘。
信号回路的接地位置根据仪表类型决定。有些信号回路，信号源和接收仪表的公共线都要接地，必须把两个接地点作电气隔离。仪表线路中常用隔离变压器来实现。
2、接地体的设置
仪表接地系统的保护接地一般情况下宜和电力系统的接地体共用，不必单独设置接地体。
仪表系统工作接地体的设置有三种处理方式：
单独设置的仪表系统接地体
厂区电气系统接地网
电气系统在不同装置或不同界区分设的接地分配器。
采取何种方式，应根据具体情况决定。
下面几种情况推荐单独设置接地体：
需要单独设置的本质安全仪表系统；
需要单独设置的DCS 或计算机系统；
电气系统接地网接地电阻不能满足仪表系统接地要求时；
土壤电阻率高，接地电阻不能达到设计值的场所，例如砂地、岩石或干燥地区；
周围环境存在严重的电磁干扰；
所选用的仪表对躁声相当敏感，抗干扰要求高，如电磁流量计等；
控制室与电力系统接地体距离较远，若共用接地体，会使接地线过长，给施工维护带来不便；
单独设置接地体较为经济合理时。
从抑制干扰的观点，防止电力系统对仪表的干扰，把两个系统的接地完全分开，各自设置接地体，对仪表的防干扰是有利的。但从工程观点看，单独设置接地体比共用接地体投资大，费钢材，占地面积大，安装维护麻烦。一般，除上述特殊情况外，仪表接地系统可以和电力系统共用接地体而不必单独设置。
实际工程设计中，电气专业往往把全厂的地下管道、地下结构、接地体连接成一个统一的接地网，其接地电阻值可达到很小的一个值，这对抑制干扰是很有利的。在这种情况下要把仪表接地系统和电力接地系统完全分开，对于安装和维护是件很麻烦的事，采取共用接地体比较方便。
仪表系统单独设置接地体，也应该把仪表系统的接地体和电力系统的接地体连接起来，以达到电位平衡的目的。
3、接地电阻
接地体或自然接地体的对地电阻和接地线电阻的总和称为接地电阻。
仪表系统的保护接地电阻，一般为4Ω，最高不宜超过10Ω。当设置有高灵敏度接地自动报警装置时，如漏电开关，接地电阻值可大于10Ω。
PLC主要用于开关量的检测控制，它的输入、输出模块大多具有光电隔离功能，因而接地要求相对比较低。用于模拟量检测控制的DCS 系统，接地要求相对比较高。几种主要DCS 系统的接地要求见下表：
DCS 系统牌号 制造厂 接地电阻 附注
CENTUM 日本横河
TDC-3000 美国Honeywell
交流与避雷地
数据公路与主参考地
与之相连的非TDC-3000计算机参考地
PROVOX 美国Fisher 1~3Ω 可与厂区地合用
RS3 美国Rosemount
1/A 美国Foxbro
TELEPERM 德国
当信号回路多点接地时，由于地点位的不同，会在信号传输中引起误差。但也有一些信号回路不接地的浮动工作地系统。
4、接地线的选择和连接
仪表系统的接地连线应使用多股铜芯绝缘电线或电缆，不允许再用裸导线或钢材，这对保证接地系统的质量，提高接地连线的连续性和可靠性有较大的好处。 仪表系统的接地连线，除可引向单独设置的仪表系统接地体、厂区电气系统接地网以外，还可以引向电气系统在不同装置或不同界区分设的接地分配器。
（1）保护接地的接地线 接地支线、接地分干线和接地总干线的截面数值选择，见下图：
用途 导线截面/mm²
接地支线 1~2.5
接地分干线 4~25
接地总干线 16~100
（2）工作接地的接地线
仪表盘、仪表柜、控制柜上需要接地的仪表，应连接到接地端子或接地汇流排。接地汇流排宜采用25mm ×6mm 的铜条，应设置绝缘支撑。
仪表盘、仪表柜、控制柜内的接地端子或汇流排，经各自的接地分干线至接地连接板，再由接地总干线与接地体连接。各汇流排、分干线应彼此绝缘。接地连接板应采用铜板制作，且采用绝缘支架固定。接地支线的连接、接地分干线的连接、接地总干线与接地连接板的连接，应设置铜制接线片，并采用铜制紧固件固定。各类接地连线中严禁接入开关或熔断器。
当仪表盘内同时有保护接地和工作接地时，应分别设置供这两类接地的专用汇流排或端子板。各台仪表的保护接地、工作接地分别接至相应的接地汇流排或端子板。盘内的这两类接地汇流排或端子板经各自的分干线引至各自的公用接地板或接地总干线。这两类接地汇流排、分干线、总干线应彼此绝缘。
当仪表系统和电力系统共用接地体时，两个系统的接地汇流排分干线、总干线应彼此绝缘。它们只能在接地体处或公用连接板处作相互连接，绝对不能在这点之前相连接，否则会引入干扰。接地线用色泽标记。在一根接地线上严禁串接多个需要接地的仪表或装置，因为这种做法不安全，一个接头的中断会引起多台仪表脱开接地点。
接地线的连接必须牢靠。接地支线与仪表和接地汇流排的连接为螺栓连接；接地分干线与接地汇流排和公用连接板的连接用焊接或螺栓连接；接地分干线、接地总干线与接地体的连接为焊接。螺栓连接时应装配防松零件。