關(guān)于評論：中國石化工程建設(shè)公司葉向東副總工程師讀完本文后，發(fā)現(xiàn)文章內(nèi)容關(guān)于接地的講法錯誤百出！漏洞皆是！自相矛盾！如不解釋會影響對控制系統(tǒng)的正確導向，故撰寫評論，希望通過評論以正視聽。評論采用在原文版本逐段評論的方式，以便對照。關(guān)于儀表及控制系統(tǒng)接地應(yīng)當遵照SH/T3081-2019和HG/T20513-2014規(guī)范的規(guī)定。
文章從DCS系統(tǒng)接地的基本要求、DCS系統(tǒng)接地分類、DCS系統(tǒng)接地方式、對公共接地極(網(wǎng))的要求、接地原則、降低土壤電阻率的方法、接地材料及要求、DCS現(xiàn)場接地注意事項和接地施工規(guī)范要求這九個方面深入介紹DCS系統(tǒng)接地知識。
葉向東評論：DCS系統(tǒng)的“監(jiān)測控制精度和安全”與“接地線截面選擇、接地極布置”沒有任何關(guān)系。接地線截面積與機械強度、連接方式的便捷、接地電流散流、地線電壓降相關(guān)。
1、DCS系統(tǒng)接地的基本要求
DCS系統(tǒng)接地是為了保證當進入DCS系統(tǒng)的信號、供電電源或DCS系統(tǒng)設(shè)備本身出現(xiàn)問題時，有效的接地系統(tǒng)能承受過載電流并可以迅速將過載電流導入大地。接地系統(tǒng)能夠為DCS提供屏蔽層，消除電子噪聲干擾，并為整個控制系統(tǒng)提供公共信號參考點(即參考零電位)。
葉向東評論：DCS系統(tǒng)的信號出現(xiàn)問題不會出現(xiàn)“過載電流”；供電電源出現(xiàn)問題時，對地短路電流會使保護電器（如：空氣開關(guān)、保險絲等）動作，而不是“將過載電流導入大地”；設(shè)備發(fā)生漏電事故而使金屬外表面帶電時，接地可以避免人身傷害。
接地系統(tǒng)并不是“為DCS提供屏蔽層”，而是為機柜、屏蔽電纜作為屏蔽層起到屏蔽作用。
當接地系統(tǒng)發(fā)生問題時(接地電阻過大，多點接地，接地線斷線或接地線與高電壓、大電流設(shè)備相接觸等)，會造成人員的觸電傷害及設(shè)備的損壞，據(jù)了解，有些DCS系統(tǒng)經(jīng)?！八罊C” (或不明原因的“死機”)，大多是因為接地系統(tǒng)不良或存在問題所引起的。因此，完善、可靠、正確的DCS系統(tǒng)接地，是DCS系統(tǒng)能夠安全、可靠和良好運行的關(guān)鍵。
葉向東評論：“接地電阻過大，多點接地，接地線斷線”并不能造成人員的觸電傷害及設(shè)備的損壞，“接地線與高電壓、大電流設(shè)備相接觸”恰好是電氣設(shè)備保護接地的功能和必要。
DCS系統(tǒng)的“死機”并不是因為接地不良，多數(shù)是由于硬件故障、通信網(wǎng)絡(luò)故障、系統(tǒng)軟件或控制軟件問題造成的，更換故障硬件，重新安裝、下載、啟動軟件就能恢復。接地系統(tǒng)不好引起DCS死機是供應(yīng)商推卸責任的主要借口，沒有“不明原因”，只有不查原因！既然是“不明原因”，怎么能確定是接地的問題呢？
2、DCS系統(tǒng)接地分類
在一般情況下，DCS控制系統(tǒng)需要兩種接地：保護地和工作地(邏輯地、屏蔽地等)。對于裝有安全柵防爆措施的系統(tǒng)如化工行業(yè)所用的系統(tǒng)，還要求有本安地。
①保護地(CG，Cabinet Grounding)
是為了防止設(shè)備外殼的靜電荷積累、避免造成人身傷害而采取的保護措施。DCS系統(tǒng)所有的操作員機柜、現(xiàn)場控制站機柜、打印機、端子柜等均應(yīng)接保護地。保護地應(yīng)接至廠區(qū)電氣專業(yè)接地網(wǎng)，接地電阻小于4Ω。
葉向東評論：保護接地的前提是：正常時不帶電，在設(shè)備、儀表或電路發(fā)生故障、損壞或非正常情況時可能帶危及人身或設(shè)備安全的危險電壓，而不是“防止設(shè)備外殼靜電荷積累”。DCS沒有操作員機柜，是操作員站、操作臺。打印機也不需要接地。
②邏輯地
也叫機器邏輯地、主機電源地，是計算機內(nèi)部的邏輯電平負端公共地，也是+5V等的電源輸出地。如CPU的正負5伏、正負12伏的負端。需要接入公共接地極。
葉向東評論：計算機內(nèi)部不需要接地。公共地沒有“電平負端”，電源也沒有輸出地，只有正、負端?！啊?V、±12 V”沒有負端，只有0 V端。電源公共參考點僅僅是電路板上的公共點，根本就不需要接“公共接地極”！
③屏蔽地(AG，Analog Grounding)
也叫模擬地，它可以把現(xiàn)場信號傳輸時所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號精度。DCS系統(tǒng)中信號電纜的屏蔽層應(yīng)做屏蔽接地。線纜屏蔽層必須一端接地，防止形成閉合回路干擾。鎧裝電纜的金屬鎧不應(yīng)作為屏蔽保護接地，必須是銅絲網(wǎng)或鍍鋁屏蔽層接地。接入公共接地極。
葉向東評論：屏蔽接地不稱為“模擬地”，“模擬地”是模擬電路中所用，相對于“數(shù)字地”的。干擾對信號的影響使信號變形或產(chǎn)生錯誤信號，而信號精度是信號數(shù)值與真實值的偏差，與干擾影響不是同一個概念，信號精度正常時也存在，跟有沒有干擾沒關(guān)系。
④本安地
應(yīng)獨立設(shè)置接地系統(tǒng)，接地電阻≤4Ω。本安地的接地系統(tǒng)應(yīng)保持獨立，與廠區(qū)電氣地網(wǎng)或其它儀表系統(tǒng)接地網(wǎng)的距離應(yīng)在5m以上。
葉向東評論：本質(zhì)安全系統(tǒng)分齊納式安全柵和隔離式安全柵，隔離式安全柵不需要接地；齊納式安全柵需要接地連接，必須要與直流供電系統(tǒng)和交流供電系統(tǒng)公用接地，否則就不能起到本質(zhì)安全保護作用。如果“獨立設(shè)置接地系統(tǒng)”，電氣設(shè)備短路引起的地電位差就會擊穿安全柵，造成損壞。齊納式安全柵接地沒有接地電阻的要求，只有接地連接電阻≤1Ω的規(guī)定。
3、DCS系統(tǒng)接地方式
①利用電氣接地網(wǎng)作為DCS接地網(wǎng)，即與電氣接地網(wǎng)共地；
②設(shè)DCS系統(tǒng)專用獨立的接地網(wǎng)；
③設(shè)DCS專用接地網(wǎng)，經(jīng)接地線、再接至電氣接地網(wǎng)。
由于第三種接地方式與第二種接地方式有較多相同處，過去，計算機或DCS系統(tǒng)曾經(jīng)較多的采用過專用的接地網(wǎng)。但這種接地方式存在的缺點是：占地面積太大，投資高，電纜及接地網(wǎng)鋼材耗量大，距廠房有相當?shù)木嚯x(因不易在廠房內(nèi)找到合適的位置)，管理、維護、測量及查找接地極和接地線不方便，且效果不甚良好。根據(jù)實際運行表明，設(shè)置專用的DCS接地網(wǎng)是既困難又不安全的。
葉向東評論：DCS設(shè)專用接地網(wǎng)的做法是錯誤的，很多事故都是由此產(chǎn)生，現(xiàn)在所有的DCS都已經(jīng)采用與電氣接地共用的形式。文中所述缺點并不如是：既然DCS是用電設(shè)備，就一定是電氣的低壓配電系統(tǒng)的接地，否則就起不到接地的作用。既然承認“效果不甚良好”、“又不安全”,怎么就能采用專用的獨立接地網(wǎng)呢？另外，接地極都是在室外，因為是接大地，而不是“不易在廠房內(nèi)找到合適的位置”，也不是“距廠房有相當?shù)木嚯x”才使得“占地面積太大，投資高，電纜及接地網(wǎng)鋼材耗量大”的。
4、對公共接地極(網(wǎng))的要求
①當廠區(qū)電氣接地網(wǎng)對地分布電阻≤4Ω時，可將廠區(qū)電氣接地網(wǎng)當著DCS系統(tǒng)的公共接地極(網(wǎng))。
②當廠區(qū)電氣接地網(wǎng)接地電阻較大或雜亂時，應(yīng)獨立設(shè)置接地系統(tǒng)，即為DCS系統(tǒng)的公共接地極(網(wǎng))。
葉向東評論：采用電氣的低壓配電系統(tǒng)的接地裝置，中國和歐洲的接地電阻標準就是4Ω。DCS并沒有接地電阻的要求，采用共用接地系統(tǒng)也沒有接地電阻的要求。無論電氣接地網(wǎng)(接地裝置)接地電阻多大都能符合等電位接地系統(tǒng)，DCS不需要單獨的接地裝置。如果電氣接地網(wǎng)做不到4Ω的接地電阻，單獨的接地裝置也同樣做不到。
③沒有本安地接入的公共接地極(網(wǎng))的對地分布電阻小于4Ω；有本安地的小于1Ω。接地總干線的線路阻抗小于0.1Ω。
葉向東評論：“本安地的小于1Ω。接地總干線的線路阻抗小于0.1Ω”是極端錯誤的說法！要認真領(lǐng)會學習石化和化工行業(yè)的接地規(guī)范，也可參照ISA、IEC的標準。
④接地極周圍15米內(nèi)無避雷地的接入點，8米內(nèi)無 30KW 以上的高低壓用電設(shè)備外殼的接入點。當現(xiàn)場無法滿足該條件時，防雷保護地通過避雷器/沖擊波抑制器與公共接地極的主干線相連。電焊地切勿與公共接地極及其接地網(wǎng)搭接在一起，二者應(yīng)距離10米以上。
葉向東評論：“避雷地”一詞不符合規(guī)范，相關(guān)術(shù)語應(yīng)認真學習GB50057-2010，GB50065-2011中的相關(guān)規(guī)定。
5、DCS系統(tǒng)接地原則
①DCS系統(tǒng)設(shè)置的接地裝置
a、操作臺、打印臺、服務(wù)器柜：設(shè)有保護地螺釘。
b、繼電器柜、UPS柜、配電柜：設(shè)有保護地螺釘。
c、DCS的I/O機柜：設(shè)有屏蔽接地匯流排，保護地螺釘，系統(tǒng)地(+24V地)懸浮。
d、儀表柜、手操盤臺：設(shè)有屏蔽地接地匯流排，保護地螺釘。
e、安全柵柜：設(shè)有屏蔽地接地匯流排，本安地接地匯流排，保護地螺釘。
葉向東評論：“保護地螺釘”是接地裝置嗎？接地裝置是接地體和接地體之間連接導體的集合。接地體是埋入地下并與大地形成電氣接觸的金屬導體，也稱接地極。另外，“系統(tǒng)地(+24V)”到底是懸浮還是接地？
②信號屏蔽及其接地
根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)定要求，計算機或 DCS系統(tǒng)信號電纜的屏蔽層不得浮空，必須接地，其接地方式應(yīng)符合下列規(guī)定：
a、當信號源浮空時，屏蔽層應(yīng)在計算機側(cè)接地；
b、當信號源接地時，屏蔽層應(yīng)在信號源側(cè)接地；
c、當放大器浮空時，屏蔽層的一端與屏蔽罩相連，另一端宜接共模地(當信號源接地時，接信號地。當信號源浮空時接現(xiàn)場地)；
葉向東評論：什么是“共模地”？什么是“信號地”？什么是“現(xiàn)場地”？
d、當屏蔽電纜途經(jīng)接線盒分斷或合并時，應(yīng)在接線盒內(nèi)將其兩端電纜的屏蔽層連接。
6、DCS系統(tǒng)接地降低土壤電阻率的方法
①改變接地體周圍的土壤結(jié)構(gòu)。在接地體周圍的土壤2-3m范圍內(nèi)，摻入不容于水的、有良好吸水性的物質(zhì)，如木炭、焦碳煤渣或礦渣等，該法可使土壤電阻率降低到原來的1/5-1/10。
②用食鹽、木炭降低土壤電阻率用食鹽、木炭分層夯實。木炭和細摻勻為一層，約10-15cm厚，再鋪2-3cm的食鹽，共5-8層。鋪好后打入接地體。此法可使電阻率降至原來的1/3-1/5。但食鹽日久會隨流水流失，一般超過兩年就要補充一次。
③用長效化學降阻劑。用長效化學降阻劑方法可使土壤電阻率降至原來的40%。
葉向東評論：降低土壤電阻率的方法沒那么簡單，應(yīng)當參見電氣的有關(guān)規(guī)范和手冊。不是所有的地方都需要降低土壤電阻率的。
7、DCS系統(tǒng)接地材料及要求
①接地體與接地網(wǎng)干線的材料要求
接地體和接地網(wǎng)干線所用鋼材規(guī)格可按下表選用，若接地電阻滿足不了要求時，也可選用銅材。如果接地體和接地網(wǎng)干線安裝在腐蝕性較強的場所，應(yīng)根據(jù)腐蝕的性質(zhì)采取熱鍍鋅、熱鍍錫等防腐措施或適當加大截面。
典型的接地體安裝
葉向東評論：原文沒有選用表。如果鋼材滿足不了接地電阻的場合，銅材也滿足不了。因為接地裝置的接地電阻不僅僅是接地體本身的電阻，更重要的是接地體與大地土壤的接觸電阻。
②接地連線要求
DCS系統(tǒng)的保護地和屏蔽地連線應(yīng)使用銅芯絕緣電線或電纜連接到廠區(qū)電氣專用接地網(wǎng)或接地體上。當接地連線距離較長、DCS系統(tǒng)對接地電阻要求較高或接地干線分接的支線數(shù)量較多時，昌暉儀表宜選用表中截面較大的電線電纜。
葉向東評論：原文沒有選用表。接地連接用的導體不一定是絕緣電線或電纜，電氣常常用扁鋼等材料。
8、DCS系統(tǒng)現(xiàn)場接地常用注意事項
①現(xiàn)場控制站
接地螺絲因機柜本體與底座間有膠皮形成絕緣，屏蔽地匯流排與底座間絕緣，現(xiàn)場控制站必須按規(guī)定做好接地處理。即分別接至現(xiàn)場控制站接地匯流排上。I/O柜的電源地與UPS的電源地必須接至同一個地，保證等電位。
葉向東評論：控制站機柜內(nèi)有保護接地和工作接地兩個接地條，在分支集中型結(jié)構(gòu)的接地系統(tǒng)中，應(yīng)分別接到兩個接地匯總板上，然后這兩個匯總板再接到總接地板。I/O柜的電源地是交流的保護接地還是直流的工作接地？UPS的電源地是什么地？UPS輸出電源端都有“地”嗎？如果沒有怎么辦？正確的說法是：DCS供電應(yīng)采用TN-S系統(tǒng)電源，這樣電氣就一定有接地線送過來。
②各個硬件設(shè)備
操作員站、工程師站、網(wǎng)絡(luò)交換機、服務(wù)器主機、系統(tǒng)顯示器等采用外殼接地或直接將電源地線連接至電氣接地網(wǎng)。
葉向東評論：這些設(shè)備都是PC計算機、服務(wù)器，外殼沒有接地端，電源采用插頭，如何將電源地線接到電氣接地網(wǎng)？前面說DCS要單獨設(shè)接地系統(tǒng)，到底接到哪里？顯示器沒有接地，顯示器的電源是接在主機上的，還要接地嗎？
③I/O組件
模擬量模件的直流24伏的負端接至邏輯地匯流排上，邏輯地匯流排接至屏蔽地，再接入總接地匯流排。
葉向東評論：“邏輯地匯流排”、“屏蔽地”都在什么地方？除了模擬量模件，還有開關(guān)量模件，不管了嗎？
I/O模件（組件）沒有接地端，接地是通過底板或底座接到一起的。直流電源裝置的24VDC負端是接到機柜的工作接地匯流排的，220VAC的地是通過供電線接到配電柜的地線母排的。
④屏蔽地
現(xiàn)場控制站的保護地應(yīng)從機柜下方的接地螺釘接至接地分干線, 現(xiàn)場控制站的屏蔽地應(yīng)從接地匯流排接至公共連接板。
葉向東評論：說的是保護地還是屏蔽地？
⑤接地電阻測試
接地系統(tǒng)的電阻必須進行測試，以保證接地能滿足控制系統(tǒng)制造商的要求。
葉向東評論：接地裝置是電氣的接地系統(tǒng)，就應(yīng)當符合電氣規(guī)范，接地電阻就是電氣接地系統(tǒng)的電阻。控制系統(tǒng)制造商應(yīng)當遵從用戶所在國家的接地標準規(guī)范，而不是相反。這是國際通行原則。
9、DCS系統(tǒng)接地的施工規(guī)范要求
①用電儀表的外殼、儀表盤、柜、箱、盒和電纜槽 、保護管、支架、底座等正常不帶電的金屬部分，由于絕緣破壞而有可能帶危險電壓者，均應(yīng)做保護接地。對于供電電壓不高于36V的就地儀表、開關(guān)等，當設(shè)計文件無特殊要求時，可不做保護接地。
②在非爆炸危險區(qū)域的金屬盤、板上安裝的按扭、信號燈、繼電器等小型低壓電器的金屬外殼，當與已接地金屬盤、板接觸良好時，可不做保護接地。
③儀表保護接地系統(tǒng)應(yīng)接到電氣工程低壓電氣設(shè)備的保護接地網(wǎng)上，連接應(yīng)牢固可靠，不應(yīng)串聯(lián)接地。
葉向東評論：第1-3條內(nèi)容是設(shè)計規(guī)定，不是施工要求。
④保護接地的接地電阻值,應(yīng)符合設(shè)計文件規(guī)定。
⑤在建筑物上安裝的電纜槽及電纜保護管，可重復接地。
⑥儀表及控制系統(tǒng)應(yīng)做工作接地，工作接地包括信號回路接地和屏蔽接地，以及特殊要求的本質(zhì)安全電路接地，接地系統(tǒng)的連接方式和接地電阻值應(yīng)符合設(shè)計文件規(guī)定。
⑦儀表及控制系統(tǒng)的信號回路接地、屏蔽接地應(yīng)共用接地裝置。
⑧各儀表回路只應(yīng)有一個信號回路接地點，除非使用隔離器將兩個接地點之間的直流信號回路隔離開。
⑨信號回路的接地點應(yīng)在顯示儀表側(cè)，當采用接地型熱電偶和檢測元件已接地的儀表時，不應(yīng)再在顯示儀表側(cè)接地。
⑩儀表電纜電線的屏蔽層，應(yīng)在控制室儀表盤柜側(cè)接地，同一回路的屏蔽層應(yīng)具有可靠的電氣連續(xù)性，不應(yīng)浮空或重復接地，不應(yīng)再在顯示儀表等接地?，F(xiàn)場儀表端電纜的屏蔽層不得露出保護層外。
?當有防干擾要求時，多芯電纜中的備用芯線應(yīng)在一點接地，屏蔽電纜的備用芯線與電纜屏蔽層，應(yīng)在同一側(cè)接地。
?儀表盤、柜、箱內(nèi)各回路的各類接地，應(yīng)分別由各自的接地支線引至接地匯流排或接地端子板，由接地匯流排或接地端子板引出接地干線，再與接地總干線和接地極相連。各接地支線、匯流排或接地端子板之間在非連接處應(yīng)彼此絕緣。
葉向東評論：第6-12條內(nèi)容是設(shè)計規(guī)定，不是施工要求。施工單位能判別第8條、第9條、第11條的內(nèi)容嗎？
?接地系統(tǒng)的連接應(yīng)使用銅芯絕緣電線或電纜，采用鍍鋅螺栓固定，儀表盤、、柜、箱、內(nèi)的接地匯流排應(yīng)使用銅材，并有絕緣支架固定。接地總干線與接地體之間應(yīng)采用焊接。
?本質(zhì)安全電路本身除設(shè)計文件有特殊規(guī)定外，不應(yīng)接地。采用二極管安全柵時，昌暉儀表建議其接地應(yīng)與直流電源的公共端相連。
葉向東評論：本質(zhì)安全電路到底該不該接地？與前文觀點自相矛盾。
?防靜電接地應(yīng)符合設(shè)計文件規(guī)定，可與設(shè)備、管道和電氣的防靜電工程同時進行。
葉向東評論：防靜電接地接到哪兒？怎么接？
?接地連線應(yīng)采用多股絞合銅芯絕緣電線或電纜，采用鍍鋅或銅螺栓連接，接地匯流排應(yīng)使用銅材，并由絕緣支架固定。
?接地線的截面積應(yīng)符合設(shè)計文件和制造廠的規(guī)定，當設(shè)計文件和制造廠無規(guī)定時，接地連線應(yīng)大于2mm2，接地分干線應(yīng)大于6mm2，接地干線應(yīng)大于20mm2，接地總干線應(yīng)大于30mm2。
?接地總干線與接地體之間應(yīng)采用焊接。埋地的接地干線可用有效截面積相同的熱鍍鋅扁鋼或圓鋼進行焊接。接頭可采用搭接，扁鋼搭接長度為寬度的2倍，園鋼為直徑的6倍，接觸應(yīng)良好，連接應(yīng)牢固，焊接處應(yīng)做防腐處理。
?接地電阻值應(yīng)符合設(shè)計文件和制造廠的規(guī)定，如設(shè)計文件或制造廠未規(guī)定時，應(yīng)符合下列規(guī)定：
a、儀表系統(tǒng)保護接地電阻值一般為4Ω，最高不宜超過10Ω。當設(shè)置有高靈敏度接地自動報警裝置或接地自動切斷裝置等情況時，接地電阻值可大于10Ω，但應(yīng)在100Ω以內(nèi)，當設(shè)置有防雷系統(tǒng)時，接地電阻不應(yīng)大于1Ω；
b、屏蔽接地和工作接地應(yīng)在10Ω以內(nèi)；
c、本質(zhì)安全回路接地和其它儀表接地電阻應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)文件的要求；
d、DCS、PLC、PCS系統(tǒng)接地電阻應(yīng)小于4Ω；
e、接地板之間的距離應(yīng)大于5m。
葉向東評論：第19條內(nèi)容來自哪里？哪項規(guī)范規(guī)定防雷系統(tǒng)的接地電阻不應(yīng)大于10Ω？是什么電阻？哪項規(guī)范規(guī)定屏蔽接地和工作接地應(yīng)在10Ω以內(nèi)？接地板之間的間距來自何處？所有與接地相關(guān)的規(guī)范卻沒有這些內(nèi)容與規(guī)定。
?接地系統(tǒng)施工時，應(yīng)及時作好隱蔽工程記錄。
DCS合理、可靠的系統(tǒng)接地，是DCS系統(tǒng)非常重要的內(nèi)容。為了保證DCS系統(tǒng)的監(jiān)測控制精度和安全、可靠運行，必須對DCS系統(tǒng)接地方式、接地要求、信號屏蔽、接地線截面選擇、接地極布置等方面，進行認真統(tǒng)籌考慮。
評論作者：葉向東，男，1982年畢業(yè)于撫順石油學院自動化系，中國石化工程建設(shè)公司副總工程師，教授級高級工程師，SH/T- 3092-2013《石油化工分散控制系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，SH/T3081-2019《石油化工儀表接地設(shè)計規(guī)范》，SH/T3164-2021《石油化工儀表系統(tǒng)防雷設(shè)計規(guī)范》三項規(guī)范主編人。
相關(guān)閱讀
儀表系統(tǒng)接地連接方法
為什么屏蔽線只能采取一端接地
自動化系統(tǒng)接地的概念、作用和分類
儀表人最關(guān)注的16個儀表接地問題解讀
