Wissen||Schwankungen in den DCS-Daten? Der DCS-Grundanschluss sollte überprüft werden!

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I. Grundlegende Anforderungen an die Erdung des DCS-Systems
Die Erdung des DCS-Systems dient dazu, sicherzustellen, dass ein effektives Erdungssystem in der Lage ist, Überstromströme aufzunehmen, wenn es Probleme mit den in das DCS-System eintretenden Signalen, der Stromversorgung oder den Geräten des DCS-Systems selbst gibt. Dadurch können die Überstromströme schnell in den Boden geleitet werden. Das Erdungs-system kann dem DCS eine Abschirmung bieten, um Störungen durch elektronischen Rauschen zu beseitigen, und es liefert dem gesamten Steuerungssystem einen gemeinsamen Signalreferenzpunkt – also einen Referenznullpotential. Wenn mit dem Erdungssystem Probleme auftreten (zu hoher Erdwiderstand, mehrfache Erdung, abgebrochene Erdungsleitungen oder Berührung der Erdungsleitungen mit Geräten mit hohem Spannungsniveau und starken Strömen usw.), kann dies zu Stromschlägen bei Personen sowie zu Schäden an den Geräten führen. Es ist bekannt, dass einige DCS-Systeme häufig „abstürzen“ – meist aus Gründen eines defekten oder problematischen Erdungssystems. Daher ist eine verbesserte, zuverlässige und korrekte Erdung der Schlüssel dafür, dass ein DCS-System sicher, zuverlässig und reibungslos funktioniert. II. Klassifizierung der Erdung im DCS-System Im Allgemeinen benötigt ein DCS-Steuerungssystem zwei Arten von Erdungen: eine Schutzerdung und eine Arbeitserdung (Logik-Erdung, Abschirmungs-Erdung usw.). Für Systeme mit Sicherheitsgittern zur Explosionsschutzmaßnahme, wie sie in der Chemieindustrie verwendet werden, wird außerdem ein intrinsisch sicheres Design erforderlich. 2.1 Schutzmaßnahmen (CG, Cabinet Grounding) dienen dazu, eine Anreicherung von statischer Ladung an der Gehäusehülle der Geräte zu verhindern und somit Verletzungen von Personen zu vermeiden. Alle Bediengeräte, Steuerungsstationen, Drucker sowie Terminalgehäuse des DCS-Systems müssen mit einem Schutzleiter verbunden sein. Der Schutzbereich sollte mit dem elektrischen Erdungsnetz des Werksgeländes verbunden werden, wobei der Erdwiderstand unter 4 Ω liegen sollte. 2.2 Logisch auch als Maschinenlogik oder Hauptstromversorgung bezeichnet, ist es der gemeinsame Massepunkt für die logischen Spannungspegel im Inneren des Computers. Gleichzeitig handelt es sich dabei um den Ausgangspunkt für Stromversorgungen wie +5V usw. Wie die negativen Pole von 5 Volt und 12 Volt bei der CPU. Es ist ein Anschluss an den öffentlichen Erdungspunkt erforderlich. 2.3 Schirmungsschicht (AG, Analog Grounding), auch als analoge Masse bezeichnet, kann die Störungen abschirmen, die bei der Übertragung von Signalen vor Ort auftreten, um die Genauigkeit der Signale zu verbessern. Die Abschirmung der Signalkabel im DCS-System muss geerdet werden. Die Abschirmung des Kabels muss an einem Ende geerdet werden, um ein geschlossenes Schaltkreisstörung zu verhindern. Der Metallpanzer von Isolierkabeln darf nicht als Schutzschirm für die Erde verwendet werden; es muss stattdessen ein Kupferdrahtnetz oder eine mit Aluminium überzogene Schutzschicht zur Erde geführt werden. Anschluss an den öffentlichen Erdungspol. 2.4 Der intrinsisch sichere Bereich muss über ein eigenes Erdungs-system verfügen, wobei der Erdwiderstand ≤ 4 Ω betragen darf. Das Erdungsnetz von Benandi sollte unabhängig bleiben; der Abstand zum elektrischen Erdungsnetz des Werksgeländes oder zu den Erdungsnetzen anderer Messsysteme sollte mindestens 5 m betragen. Drei, Erdungsmethode des DCS-Systems: 1. Nutzung des elektrischen Erdungsnetzes als Erdungsnetz für das DCS, d.h. gemeinsame Erdung mit dem elektrischen Erdungsnetz ； 2. Es soll ein eigenständiges, speziell für das DCS-System konzipiertes Erdungssystem vorhanden sein ； 3 Es wird ein spezielles Erdungsnetz für das DCS eingerichtet, das über Erdungskabel mit dem elektrischen Erdungsnetz verbunden ist. Da die dritte Erdungsmethode viele Gemeinsamkeiten mit der zweiten Erdungsmethode aufweist, wurden in der Vergangenheit in Computern oder DCS-Systemen häufig spezielle Erdungsnetze verwendet. Der Nachteil dieser Art der Erdung besteht jedoch darin, dass sie viel Platz beansprucht, hohe Investitionskosten verursacht, große Mengen an Kabeln sowie Stahl für das Erdungsnetz benötigt. Zudem muss die Erdung in einiger Entfernung zum Gebäude angebracht werden – schließlich ist es schwierig, im Gebäude selbst einen geeigneten Ort zu finden. Die Verwaltung, Wartung, Messung sowie das Finden der Erdungselektroden und -leitungen sind außerdem nicht einfach. Zudem ist die Wirksamkeit dieser Erdungsmethode nicht besonders gut. Wie die praktische Anwendung zeigt, ist es sowohl schwierig als auch unsicher, ein spezielles DCS-Entlade Netzwerk einzurichten. IV. Anforderungen an den gemeinsamen Erdungspol (Netz) 1 Wenn der Widerstand des elektrischen Erdungsnetzes auf dem Gelände ≤ 4 Ω beträgt, kann dieses Netz als gemeinsamer Erdungspol (Netz) für das DCS-System verwendet werden. 2 Wenn der Erdschlusswiderstand des elektrischen Erdschutznetzes im Werksbereich groß ist oder unübersichtlich ist, sollte ein separates Erdschutzsystem eingerichtet werden – also ein gemeinsamer Erdschutzpol (Netz) für das DCS-System. 3 Bei öffentlichen Massepolen (Netzen), die nicht sicherheitstechnisch angeschlossen sind, liegt der Widerstand gegenüber der Erde unter 4 Ω ； Es gibt Sicherheitsarten mit einem Wert von weniger als 1 Ω. Die Leitungsimpedanz der Erdungsschleife beträgt weniger als 0,1 Ω. Innerhalb von 15 Metern um den Erdungspol gibt es keine Anschlussstellen für Blitzschutzanlagen. Innerhalb von 8 Metern gibt es keine Anschlussstellen für Gehäuse von Hoch- oder Niederspannungsgeräten mit einer Leistung von mehr als 30 KW. Wenn vor Ort diese Bedingung nicht erfüllt werden kann, wird der Blitzschutz durch einen Blitzeindämpfer/Stoßwellenunterdrücker mit dem Hauptleiter des gemeinsamen Erdungsanschlusses verbunden. Die Schweißstelle darf auf keinen Fall mit dem öffentlichen Erdungspol sowie dessen Erdungsnetz in Berührung kommen; zwischen den beiden muss eine Entfernung von mindestens 10 Metern bestehen. V. Grundsätze zur Erdung des DCS-Systems
1. Erdungseinrichtungen im DCS-System
1.1 Bedienpulte, Drucker sowie Servergehäuse: Es sind Schrauben zur Sicherung der Erdung vorhanden. 1.2 Relaisgehäuse, UPS-Gehäuse, Verteilergehäuse: Ausgestattet mit Schutzschrauben. 1.3 I/O-Gehäuse des DCS: Ausgestattet mit einem abgeschirmten Erdungsbuss, Schutz-Erdungs-Schrauben sowie einem systemseitigen (+24 V Erde)-Potenzial. 1.4 Schaltschränke, Bedienpulte: Ausgestattet mit abgeschirmten Erdungskontakten sowie Schrauben zur Erdung des Schutzsystems. 1.5 Sicherheitsgehäuse: Es sind ein abgeschirmter Erde-Anschlussbalken, ein intrinsisch sicheres Erde-Anschlussbalken sowie Schrauben zur Befestigung der Erde vorhanden. 2. Signalabschirmung und Erdung: Gemäß den geltenden technischen Vorschriften darf die Abschirmungsschicht der Signalkabel von Computern oder DCS-Systemen nicht frei liegen; sie muss geerdet werden. Die Art der Erdung muss den folgenden Vorgaben entsprechen: 2.1 Wenn die Signalgeneratoren frei liegen, muss die Abschirmungsschicht auf der Seite des Computers geerdet werden ； 2.2 Wenn die Signalquelle geerdet ist, muss die Abschirmung auf der Seite der Signalquelle geerdet werden ； 2.3 Wenn der Verstärker offen ist, sollte ein Ende der Abschirmung mit dem Abschirmgehäuse verbunden sein, während das andere Ende am Gemeinsammodus-Massepunkt angeschlossen werden sollte (wenn die Signalquelle auf Masse gelegt ist, dann an die Signalmasse). Wenn die Signalquelle offen ist, mit dem Vor-Ort-Ground verbinden) ； 2.4 Wenn das Abschirmkabel an einer Verbindungsbox geteilt oder miteinander verbunden wird, müssen die Abschirmungen der Kabelenden in der Verbindungsbox miteinander verbunden werden. VI. Methoden zur Verringerung der Bodenwiderstandskraft im DCS-System durch Erdung: 1. Veränderung der Bodenstruktur um den Erdungskörper herum. Im Bereich von 2–3 Metern um den Erdungskörper herum werden wasserunlösliche Stoffe mit guter Saugfähigkeit eingemischt, wie z. B. Holzkohle, Koks, Kohlenstaub oder Schlacke. Dadurch kann die Widerstandskraft des Bodens auf 1/5 bis 1/10 des ursprünglichen Wertes gesenkt werden. 2 Die Bodenwiderstandskraft wird mit Kochsalz und Holzkohle verringert, indem diese schichtweise verdichtet werden. Kohle und feiner Stoff werden zu einer Schicht vermischt, die etwa 10–15 cm dick ist. Anschließend wird eine Schicht Salz mit einer Dicke von 2–3 cm darauf gelegt. Insgesamt entstehen so 5–8 Schichten. Nach dem Verlegen wird der Erdungskörper eingeschlagen. Diese Methode kann den Widerstandswert auf 1/3 bis 1/5 des ursprünglichen Wertes senken. Doch Salz geht im Laufe der Zeit mit dem fließenden Wasser verloren, und in der Regel muss es alle zwei Jahre nachgefüllt werden. 3 Verwenden Sie langwirksame chemische Widerstandssenker. Durch den Einsatz von langwirksamen chemischen Widerstandssenkern kann die Leitfähigkeit des Bodens auf 40 % des ursprünglichen Wertes gesenkt werden. 7. Materialien und Anforderungen an das Erdungssystem des DCS-Systems
1. Anforderungen an die Materialien für die Erdungselemente sowie die Leitungen des Erdungssystems: Für die Herstellung der Erdungselemente sowie der Leitungen des Erdungssystems können die in der folgenden Tabelle aufgeführten Stahlsorten verwendet werden. Falls der Wert der Erdwiderstand nicht den Anforderungen entspricht, kann auch Kupfer verwendet werden. Wenn der Erdungskörper sowie die Leitungen des Erdungsnetzes an Orten mit hoher Korrosionsgefahr installiert werden, müssen je nach Art der Korrosion Schutzmaßnahmen wie Wärmezinnung oder Wärmeschweißen angewandt werden, oder die Querschnitte der Komponenten müssen entsprechend vergrößert werden. 2. Anforderungen an die Erdungskabel: Die Schutz- und Abschirmungserdungskabel des DCS-Systems müssen mit isolierten Kupferkabeln oder -leitungen mit dem speziellen Elektroerdungsnetz oder den Erdungselementen des Werks verbunden werden. Wenn die Entfernung der Erdungskabel groß ist, die Anforderungen des DCS-Systems an den Erdwiderstand hoch sind oder es viele Abzweigungen von der Haupterdungsleitung gibt, sollten Kabel mit größerem Querschnitt aus der Tabelle verwendet werden. 8. Häufige Bedenken bei der Erdung vor Ort 1. Aufgrund der Isolierung durch Gummimaterial zwischen dem Gehäuse selbst und der Basis sind die ErdungsSchrauben der Steuerstation vor Ort nicht direkt miteinander verbunden. Zudem ist auch die Verbindung zwischen dem Abschirmungsleiter und der Basis isoliert. Deshalb muss die Steuerstation vor Ort gemäß den Vorschriften ordnungsgemäß geerdet werden. D.h., sie werden jeweils an die Massebussbar der Vor-Ort-Steuerstation angeschlossen. Die Masse des I/O-Schranks sowie die Masse des UPS müssen an denselben Massepunkt angeschlossen werden, um eine gleiche Potentialstufe zu gewährleisten. 2. Die Bedienerstationen der verschiedenen Hardwaregeräte, die Ingenieurstationen, Netzwerkswitches, Server sowie Systemmonitore werden entweder über Gehäuseleitungen geerdet oder die Stromnetz-Leitungen werden direkt mit dem elektrischen Erdungsnetz verbunden. 3. Die 40 Anschlüsse der analogen Module der I/O-Komponenten – also die negative Leitung bei 24 Volt Gleichstrom – werden mit dem logischen Steuerbus verbunden. Dieser wiederum ist mit dem geschirmten Erdeleiter verbunden, der schließlich mit dem Haupt-Erdeleiter verbunden wird. 4. Schirmung der Erde: Die Schutzanbindung der Feldsteuerungsstation sollte über die Erdungsschrauben unterhalb des Gehäuses mit der Haupterdungsleitung verbunden werden. Die Schirmung der Erde der Feldsteuerungsstation sollte außerdem über die Erdungsbuchsen mit der gemeinsamen Verbindungsplatte verbunden werden. 5. Prüfung des Erdfestwiderstands Der Widerstand des Erdungssystems muss überprüft werden, um sicherzustellen, dass die Erdung den Anforderungen des Herstellers des Steuerungssystems entspricht. 9. Anforderungen an die Ausführung der Erdung: Die Gehäuse von Messgeräten, Armaturenbretter, Schränke, Kästen, Boxen sowie Kabelkanäle, Schutzrohre, Tragerohre und Podeste – also alle nicht leitenden Metallteile – können aufgrund von Isolationsfehlern eine gefährliche Spannung aufweisen. Solche Teile müssen daher geerdet werden. Für Vor-Ort-Messgeräte, Schalter usw., bei denen die Versorgungsspannung 36 V nicht überschreitet, ist bei Fehlen spezieller Anforderungen in den Planunterlagen kein Schutzleiter erforderlich. 2 Die Metallgehäuse von kleinen Niederspannungsgeräten wie Knöpfen, Signallichtern und Relais, die in nicht explosionsgefährdeten Bereichen auf Metallplatten oder -blechen montiert sind, müssen nicht geerdet werden, sofern sie eine gute Verbindung mit einem geerdeten Metallplatten oder -blechen haben. Das Schutz-Erdungsystem der 3 Messgeräte sollte mit dem Schutz-Erdungsnetz der Niederspannungsanlagen in der Elektrotechnik verbunden werden. Die Verbindung muss fest und zuverlässig sein; es darf keine serielle Erdung geben. 4 Der Widerstand des Schutzleiters muss den Vorgaben in den Planunterlagen entsprechen. 5 Die in Gebäuden installierten Kabelkanäle sowie Kabelschutzrohre können wiederholt geerdet werden. 6 Die Mess- und Steuerungssysteme müssen geerdet werden. Die Betriebserdung umfasst die Erdung der Signalkreise sowie die Erdung des Schirms. Zudem muss auch die Erdung der für Sicherheitszwecke erforderlichen Schaltungen berücksichtigt werden. Die Verbindungsart des Erdungssystems sowie der Wert der Erdwiderstände müssen den Vorgaben in den Planunterlagen entsprechen. Die Erdung der Signalkreise sowie die Abschirmungserdung der Mess- und Steuerungssysteme sollen über dasselbe Erdungsgerät erfolgen. Jeder Messkreis sollte nur einen Anschlusspunkt für Signale haben – es sei denn, es werden Trennvorrichtungen verwendet, um den Gleichstromsignalweg zwischen den beiden Anschlusspunkten zu trennen. Der Anschlusspunkt des 9-Signalkreises sollte sich auf der Seite des Anzeigegeräts befinden. Wenn thermoelektrische Temperaturfühler verwendet werden und die Messkomponenten bereits geerdet sind, dann sollte auf der Seite des Anzeigegeräts nicht weiter geerdet werden. Die Abschirmung der Messkabel muss auf der Seite des Schaltpults im Kontrollraum geerdet werden. Die Abschirmungen derselben Leitungsgruppe müssen eine zuverlässige elektrische Kontinuität aufweisen – sie dürfen weder frei liegen noch mehrfach geerdet werden. Zudem darf die Abschirmung nicht zusätzlich am Anzeigegerät geerdet werden. Die Abschirmung der Kabel an den Vor-Ort-Messgeräten darf nicht aus der Schutzschicht hervorragen. 11 Wenn Störungsschutz erforderlich ist, müssen die Reserveadern in Mehradernkabeln an einem Punkt geerdet werden. Bei abgeschirmten Kabeln müssen die Reserveadern sowie die Abschirmung des Kabels auf derselben Seite geerdet werden. Die verschiedenen Erdungen der Schaltpläne, Schränke und Kästen müssen jeweils über eigene Erdungsleitungen zum Erdungssammelbrett oder zu den Erdungskontaktplatten geführt werden. Von dort aus führen die Erdungsleitungen weiter zu den Haupterdungsleitungen und schließlich zu den Erdungsepochen. Die einzelnen Erdungsleitungen, Bussbars oder Erdungskontaktplatten müssen an den Stellen, an denen sie nicht miteinander verbunden sind, voneinander isoliert sein. 13 Die Verbindungen des Erdsystems sollten mit isolierten Kupferleitungen oder -kabeln hergestellt werden, die mit verzinkten Bolzen befestigt werden. Die Erdschienen in Instrumententafeln, Schränken und Kästen sollten aus Kupfer bestehen und mit isolierten Halterungen fixiert werden. Zwischen der Haupterdleitung und dem Erdkörper sollte Schweißen verwendet werden. 14 Sicherheitsstromkreise sollten grundsätzlich nicht geerdet werden, es sei denn, in den Konstruktionsunterlagen sind besondere Vorgaben festgelegt. Wenn eine Diodensicherung verwendet wird, muss deren Masse mit dem Gemeinschaftspunkt der Gleichstromversorgung verbunden sein. 15 Die antistatische Erdung muss den Vorgaben in den Planunterlagen entsprechen und kann gleichzeitig mit den antistatischen Maßnahmen an Geräten, Rohrleitungen und elektrischen Anlagen durchgeführt werden. Die 16 Erdungskabel sollten aus mehradrigen, isolierten Kupferkabeln mit Geflechtstruktur bestehen. Die Verbindungen sollten mit verzinkten oder kupfernen Bolzen hergestellt werden. Die Erdungsschienen sollten aus Kupfer gefertigt sein und durch isolierte Halterungen befestigt werden. 17 Die Querschnittsfläche der Erdungskabel muss den Vorgaben in den Planunterlagen sowie denen des Herstellers entsprechen. Falls in den Planunterlagen und bei dem Hersteller keine Angaben gemacht wurden, muss der Querschnitt der Erdungskabel größer als 2 mm² sein. Der Querschnitt der Leitungen, die zur Verteilung der Erdung dienen, muss größer als 6 mm² sein. Der Querschnitt der Hauptleitungen für die Erdung muss größer als 20 mm² sein. Der Querschnitt der Gesamtleitungen für die Erdung muss größer als 30 mm² sein. 18 Zwischen der Haupterdleitung und dem Erdkörper sollte Schweißen verwendet werden. Die im Boden verlegten Erdungsschienen können aus verzinktem Flachstahl oder Rundstahl mit derselben effektiven Querschnittsfläche verschweißt werden. Die Verbindungen können durch Überschneiden hergestellt werden. Bei Flachstählen beträgt die Länge des Überschneidungsbereichs das Doppelte der Breite, bei Rundstählen das Sechsfache des Durchmessers. Der Kontakt muss gut sein, die Verbindung muss fest sein, und die Schweißstellen müssen vor Korrosion geschützt werden. 19 Der Wert der Erdfestigkeit muss den Vorgaben in den Planunterlagen sowie denen des Herstellers entsprechen. Falls in den Planunterlagen oder bei dem Hersteller keine Angaben gemacht wurden, müssen folgende Regeln eingehalten werden: a) Der Wert der Schutz-Erdfestigkeit für das Messsystem beträgt in der Regel 4 Ω; maximal darf dieser Wert 10 Ω nicht überschreiten. Wenn ein hochempfindliches automatisches Alarm- oder Abschaltgerät für die Erde vorhanden ist, kann der Widerstand der Erde größer als 10 Ω sein – er sollte jedoch unter 100 Ω liegen. Wenn ein Blitzschutzsystem vorhanden ist, darf der Widerstand der Erde nicht größer als 1 Ω sein ； b) Die Abschirmungs- und Betriebserdung sollten unter 10 Ω liegen ； c) Die Erdung des intrinsisch sicheren Schaltkreises sowie die Erdwiderstände anderer Messgeräte müssen den Anforderungen der technischen Dokumentation des Produkts entsprechen ； d) Der Erdwiderstand der DCS-, PLC- und PCS-Systeme sollte kleiner als 4 Ω sein ； e) Die Entfernung zwischen den Erdelektroden sollte größer als 5 m sein. 20 Bei der Installation des Erdungssystems müssen die Arbeiten im Verborgenen rechtzeitig dokumentiert werden