Connaissances || Fluctuations des données DCS ? Il faut vérifier la mise à la terre du DCS !

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I. Exigences de base pour la mise à la terre du système DCS
La mise à la terre du système DCS vise à garantir que, en cas de problème avec les signaux entrant dans le système DCS, l’alimentation électrique ou les équipements eux-mêmes du système DCS, un système de mise à la terre efficace puisse supporter les courants de surcharge et les diriger rapidement vers le sol. Le système de terre peut fournir une couche de blindage au DCS, éliminer les interférences dues au bruit électrique, et offrir un point de référence commun pour les signaux dans tout le système de contrôle (c’est-à-dire un potentiel zéro de référence). Lorsque le système de mise à la terre présente des problèmes (résistance de mise à la terre trop élevée, mise à la terre en plusieurs points, coupure du câble de mise à la terre ou contact du câble de mise à la terre avec des équipements à haute tension et à fort courant, etc.), cela peut provoquer des blessures par électrocution chez les personnes ainsi que des dommages aux équipements. Il est connu que certains systèmes DCS se « plantent » fréquemment (ou présentent des pannes sans raison apparente), ce qui est principalement dû à un mauvais fonctionnement ou à des problèmes du système de mise à la terre. Par conséquent, une mise à la terre parfaite, fiable et correcte est essentielle pour que le système DCS fonctionne de manière sûre, fiable et optimale. II. Classification des terrements du DCS En général, le système de contrôle DCS nécessite deux types de terrements : le terrement de protection et le terrement de fonctionnement (terrement logique, terrement de blindage, etc.). Pour les systèmes équipés de mesures anti-explosion à grille de sécurité, tels que ceux utilisés dans l’industrie chimique, une conception intrinsèquement sûre est également requise. 2.1 Le mise à la terre de protection (CG, Cabinet Grounding) est une mesure de sécurité prise pour empêcher l’accumulation de charges électrostatiques sur l’enveloppe du matériel et éviter ainsi tout risque de blessures pour les personnes. Tous les armoires d’opérateur, les armoires de stations de contrôle sur site, les imprimantes et les armoires de terminaux du système DCS doivent être reliés au terre de protection. La zone de protection doit être reliée au réseau de mise à la terre électrique du site industriel, avec une résistance de mise à la terre inférieure à 4 Ω. 2.2 Logiquement, il est également appelé terre logique de la machine ou terre d’alimentation du processeur ; c’est le point commun négatif des niveaux logiques à l’intérieur de l’ordinateur, ainsi que la terre de sortie des alimentations comme +5V. Comme les bornes négatives de 5 volts et 12 volts positifs/négatifs de la CPU. Il est nécessaire de se connecter à un écran de terre public. 2.3 Terre de blindage (AG, Analog Grounding), également appelée terre analogique, permet d’éliminer les interférences subies lors de la transmission des signaux sur site, afin d’améliorer la précision du signal. La couche de blindage des câbles de signal dans le système DCS doit être mise à la terre. La couche de blindage du câble doit être mise à la terre à une extrémité afin d’éviter la formation de circuits fermés perturbateurs. L’armure métallique des câbles blindés ne doit pas servir de mise à la terre de protection du blindage ; elle doit être mise à la terre par un filet de cuivre ou une couche de blindage revêtue d’aluminium. Connecté au terreau public. 2.4 Un système de mise à la terre indépendant doit être mis en place pour les circuits intrinsèquement sûrs, avec une résistance de mise à la terre ≤ 4 Ω. Le système de mise à la terre de l’installation doit rester indépendant, et la distance par rapport au réseau de terre électrique de l’usine ou aux réseaux de terre d’autres systèmes de mesure doit être supérieure à 5 m. III. Mode de mise à la terre du système DCS 1 Utiliser le réseau de mise à la terre électrique comme réseau de mise à la terre du DCS, c’est-à-dire partager le même point de terre que le réseau de mise à la terre électrique ； 2. Mettre en place un réseau de terre indépendant et dédié au système DCS ； 3. Mettre en place un réseau de terre dédié au DCS, qui est relié par des câbles de terre au réseau de terre électrique. Comme la troisième méthode de mise à la terre présente de nombreuses similitudes avec la deuxième, on utilisait autrefois fréquemment des réseaux de mise à la terre spécialisés dans les systèmes informatiques ou DCS. Cependant, les inconvénients de cette méthode de mise à la terre sont les suivants : elle occupe beaucoup d’espace, nécessite des investissements élevés, consomme une grande quantité de câbles et d’acier pour le réseau de mise à la terre, doit être placée à une distance considérable du bâtiment (car il est difficile de trouver un emplacement adapté à l’intérieur), et la gestion, l’entretien, la mesure ainsi que la localisation des électrodes et des fils de mise à la terre sont difficiles ; de plus, son efficacité n’est pas très bonne. Selon les résultats de fonctionnement réels, mettre en place un réseau de terre DCS dédié est à la fois difficile et peu sûr. IV. Exigences relatives au pôle (réseau) de mise à la terre publique 1 Lorsque la résistance de distribution par rapport à la terre du réseau de mise à la terre électrique du site est ≤ 4 Ω, ce réseau peut être utilisé comme pôle (réseau) de mise à la terre publique pour le système DCS. 2 Lorsque la résistance de mise à la terre du réseau de mise à la terre électrique de l’usine est élevée ou désordonnée, un système de mise à la terre indépendant doit être mis en place, à savoir le pôle (réseau) de mise à la terre commun du système DCS. 3 La résistance de distribution par rapport à la terre des pôles de terre (réseaux) publics non connectés en sécurité intrinsèque est inférieure à 4 Ω ； Il y a une valeur intrinsèquement inférieure à 1 Ω. L’impédance de ligne du tronc principal de terre est inférieure à 0,1 Ω. Aucun point de connexion pour des dispositifs de protection contre la foudre à moins de 15 mètres autour du pôle de terre, et aucun point de connexion pour les boîtiers d’équipements électriques haute ou basse tension de plus de 30 KW à moins de 8 mètres. Lorsque les conditions sur site ne peuvent pas être remplies, le système de protection contre la foudre est relié au réseau principal du terreau commun par un paratonnerre/atténuateur d’onde de choc. La soudure électrique ne doit en aucun cas être reliée au conducteur de terre public et à son réseau de terre ; les deux doivent être séparés par plus de 10 mètres. V. Principes de mise à la terre du système DCS
1. Dispositifs de mise à la terre installés dans le système DCS
1.1 Postes de commande, postes d’impression, armoires serveur : équipés de vis de mise à la terre de protection. 1.2 Armoires de relais, armoires UPS, armoires de distribution : équipées de vis de terre de protection. 1.3 Armoire I/O du DCS : équipée d’une barre de connexion de terre blindée, de vis de terre de protection, le système de terre (+24 V terre) est en suspension. 1.4 Armoires de commande, panneaux de commande manuelle : équipés de barres de connexion pour la terre de blindage et de vis de terre de protection. 1.5 Armoire de barrière de sécurité : équipée d’une barre de connexion de terre de blindage, d’une barre de connexion de terre intrinsèquement sûre et de vis de terre de protection. 2. Blindage des signaux et leur mise à la terre Selon les exigences des normes techniques pertinentes, la couche de blindage des câbles de signaux des ordinateurs ou des systèmes DCS ne doit pas être en suspension et doit être mise à la terre. La méthode de mise à la terre doit respecter les dispositions suivantes : 2.1 Lorsque la source de signal est en suspension, la couche de blindage doit être mise à la terre du côté de l’ordinateur ； 2.2 Lorsque la source de signal est mise à la terre, la couche de blindage doit être mise à la terre du côté de la source de signal ； 2.3 Lorsque l’amplificateur est en mode flottant, une extrémité de la couche de blindage est reliée à la coque de blindage, et l’autre extrémité doit être connectée au terre commun (ou au terre du signal, lorsque la source de signal est mise à terre). Connecter au terre du site lorsque la source de signal est à masse flottante) ； 2.4 Lorsque le câble blindé passe par une boîte de jonction où il est séparé ou relié, les revêtements blindés des deux extrémités du câble doivent être connectés à l’intérieur de la boîte de jonction. VI. Méthodes pour réduire la résistivité du sol dans les systèmes DCS par mise à la terre 1. Modifier la structure du sol autour du corps de mise à la terre. Dans une zone de 2 à 3 m autour du corps de mise à la terre, on incorpore des substances insolubles dans l’eau mais ayant une bonne capacité d’absorption d’eau, telles que le charbon de bois, le coke, les scories ou les boues minérales ; cette méthode permet de réduire la résistivité du sol de 1/5 à 1/10 de sa valeur initiale. 2. Réduire la résistivité du sol à l’aide de sel et de charbon de bois : tasser en couches avec du sel et du charbon de bois. Du charbon de bois et de la poudre finement mélangés forment une couche d’environ 10 à 15 cm d’épaisseur, suivie de 2 à 3 cm de sel alimentaire, pour un total de 5 à 8 couches. Une fois posé, enfoncer le corps de mise à la terre. Cette méthode permet de réduire la résistivité à 1/3 à 1/5 de sa valeur initiale. Cependant, le sel de cuisine s’épuise avec le temps à cause de l’eau qui coule, et il faut généralement le renouveler tous les deux ans. 3 Utiliser des réducteurs de résistance chimique à action prolongée. L’utilisation de réducteurs de résistance chimique à action prolongée permet de réduire la résistivité du sol à 40 % de sa valeur initiale. VII. Matériaux et exigences pour la mise à la terre du système DCS
1. Exigences matérielles pour les éléments de mise à la terre et les lignes principales du réseau de mise à la terre
Les spécifications des aciers à utiliser pour les éléments de mise à la terre et les lignes principales du réseau de mise à la terre peuvent être choisies selon le tableau ci-dessous ; si la résistance de mise à la terre ne répond pas aux exigences, on peut également utiliser du cuivre. Si les éléments de mise à la terre et les tronçons principaux du réseau de mise à la terre sont installés dans des endroits fortement corrosifs, des mesures de protection contre la corrosion telles que la galvanisation à chaud ou le revêtement d’étain à chaud doivent être mises en œuvre en fonction de la nature de la corrosion, ou bien la section transversale doit être suffisamment augmentée. 2. Exigences relatives aux connexions de terre : les connexions entre la terre de protection et la terre de blindage du système DCS doivent être réalisées à l’aide de fils ou de câbles en cuivre isolés, reliés au réseau de terre dédié à l’électricité de l’usine ou à un corps de terre. Lorsque la distance du câble de mise à la terre est importante, que le système DCS exige une résistance de mise à la terre élevée ou que le nombre de branches issues du tronc principal de mise à la terre est grand, il est préférable d’utiliser des câbles électriques ayant une section transversale plus grande comme indiqué dans le tableau. VIII. Précautions courantes concernant la mise à la terre sur site
1. Comme l’isolation est créée par le caoutchouc entre le corps du boîtier et le socle, ainsi que par l’isolation entre la barre de collecte de terre de blindage et le socle, la station de contrôle sur site doit être correctement mise à la terre conformément aux règles. C’est-à-dire qu’ils sont connectés respectivement au bus de terre de la station de contrôle sur site. La terre d’alimentation du coffret I/O et la terre d’alimentation du UPS doivent être connectées à la même terre afin d’assurer une égalité de potentiel. 2. Les postes d’opérateur, les postes d’ingénieur, les commutateurs réseau, les serveurs et les écrans système de chaque équipement matériel sont équipés d’une coque mise à la terre, ou le fil de terre de l’alimentation est directement connecté au réseau de terre électrique. 3. Le terminal 40 du module analogique de l’élément I/O, c’est-à-dire le terminal négatif de 24 volts continu, est connecté au bus logique ; ce dernier est relié au terrement de blindage, puis au bus de terre principal. 4. Terre de blindage : La terre de protection de la station de contrôle sur site doit être reliée au barreau de terre situé en dessous du boîtier, tandis que la terre de blindage de la station de contrôle sur site doit être reliée à la plaque de connexion commune via le bus de terre. 5. Test de la résistance de mise à la terre La résistance du système de mise à la terre doit être testée pour s’assurer qu’elle répond aux exigences du fabricant du système de contrôle. IX. Exigences des normes de construction pour la mise à la terre : Les parties métalliques qui ne sont normalement pas sous tension, telles que les boîtiers des appareils électriques, les panneaux de commande, les armoires, les boîtes, les gaines pour câbles, les tubes de protection, les supports et les bases, et qui pourraient être soumises à une tension dangereuse en cas de rupture de l’isolation, doivent toutes être mises à la terre de manière protectrice. Pour les instruments locaux, interrupteurs, etc., dont la tension d’alimentation ne dépasse pas 36 V, aucune mise à la terre de protection n’est nécessaire si les documents de conception ne prévoient pas de exigences particulières. 2 Les boîtiers métalliques des petits appareils électriques à basse tension tels que boutons, lampes indicatrices, relais, etc., installés sur des plateaux ou des plaques métalliques dans des zones non exposées au risque d’explosion, peuvent ne pas nécessiter de mise à la terre de protection lorsqu’ils sont en bon contact avec un plateau ou une plaque métallique déjà mis à la terre. Le système de terre de protection des instruments doit être connecté au réseau de terre de protection des équipements électriques à basse tension en génie électrique ; la connexion doit être solide et fiable, et il ne doit pas y avoir de mise à la terre en série. La valeur de la résistance de terre du système de protection par terre doit être conforme aux spécifications des documents de conception. 5 Les gaines pour câbles et les tubes de protection des câbles installés sur les bâtiments peuvent être mis à la terre de manière répétée. 6 Les instruments et systèmes de contrôle doivent disposer d’une mise à la terre fonctionnelle, qui comprend la mise à la terre des circuits de signaux et la mise à la terre du blindage, ainsi que la mise à la terre des circuits intrinsèquement sûrs répondant à des exigences spéciales. La manière de connecter le système de mise à la terre et la valeur de la résistance de mise à la terre doivent être conformes aux prescriptions des documents de conception. 7 Les circuits de signaux des systèmes d’instruments et de contrôle doivent partager le même dispositif de mise à la terre, ainsi que la mise à la terre de l’écran. Chaque circuit de mesure ne doit avoir qu’un point de terre pour le circuit de signal, sauf si un isolateur est utilisé pour isoler le circuit de signal en courant continu entre les deux points de terre. Le point de terre du circuit de signalisation doit se trouver du côté du instrument d’affichage. Lorsqu’on utilise des thermocouples à terre et des instruments dont les éléments de détection sont déjà mis à terre, il ne faut pas mettre à terre du côté de l’instrument d’affichage. La couche de blindage des câbles et des fils des instruments doit être mise à la terre du côté du panneau d’instruments de la salle de contrôle. Les couches de blindage appartenant au même circuit doivent présenter une continuité électrique fiable, ne doivent pas être en état de suspension ou mis à la terre de manière répétée, et ne doivent pas être reliées à la terre des instruments d’affichage. L’enveloppe de blindage du câble des instruments sur site ne doit pas dépasser l’enveloppe de protection. 11 Lorsque des exigences de protection contre les interférences sont requises, les fils de secours dans les câbles multipaires doivent être mis à la terre en un seul point, et les fils de secours des câbles blindés ainsi que la couche de blindage du câble doivent être mis à la terre du même côté. 12 Les différents types de mise à la terre des circuits situés dans le tableau de bord, les armoires et les boîtiers doivent être reliés respectivement par leurs propres branches de mise à la terre au bus de mise à la terre ou à la plaque de terminaux de mise à la terre. De là, des lignes principales de mise à la terre partent pour se connecter au réseau principal de mise à la terre et aux électrodes de mise à la terre. Les différentes branches de mise à la terre, les barres de connexion ou les plaques de terminaux de mise à la terre doivent être isolées les unes des autres aux points où elles ne sont pas connectées. 13 La connexion du système de terre doit utiliser des fils ou câbles isolés à âme en cuivre, fixés avec des boulons galvanisés. Les barres de terre à l’intérieur des panneaux de contrôle, armoires et boîtiers doivent être en cuivre et fixées par des supports isolants. La liaison entre le gros conducteur de terre et l’élément de terre doit être réalisée par soudure. 14 Sauf disposition spéciale dans les documents de conception, un circuit intrinsèquement sûr ne doit pas être mis à la terre. Lorsqu’une grille de sécurité à diode est utilisée, son terre doit être connectée au point commun de la source de courant continu. 15 La mise à la terre antistatique doit respecter les prescriptions des documents de conception et peut être réalisée en même temps que les travaux antistatiques des équipements, des tuyauteries et du système électrique. 16 Les liaisons de mise à la terre doivent être constituées de fils ou de câbles en cuivre isolés, à âme tressée, et reliées par des vis en zinc ou en cuivre. Les barres de collecte de la terre doivent être en cuivre et fixées par des supports isolants. 17 La section transversale du câble de terre doit respecter les spécifications des documents de conception et de l’usine fabricante. En l’absence de telles spécifications, le câble de terre secondaire doit avoir une section supérieure à 2 mm², le câble de terre principal secondaire à 6 mm², le câble de terre principal à 20 mm², et le câble de terre principal global à 30 mm². 18 Une soudure doit être utilisée entre le gros conducteur de terre et l’élément de terre. Les barres de terre enterrées peuvent être soudées à l’aide d’acier plat ou d’acier rond galvanisé, présentant une même section efficace. Les jonctions peuvent être réalisées par superposition : pour les tôles plates, la longueur de superposition doit être égale à deux fois leur largeur, et pour les tiges rondes, à six fois leur diamètre. Le contact doit être bon, la connexion doit être solide, et les zones soudées doivent être protégées contre la corrosion. La valeur de la résistance de mise à la terre doit être conforme aux spécifications des documents de conception et du fabricant. Si ces derniers ne précisent rien, elle doit respecter les règles suivantes : a) La valeur de la résistance de mise à la terre pour la protection du système de mesures est généralement de 4 Ω, et ne doit pas dépasser 10 Ω. Lorsqu’un dispositif d’alarme automatique de mise à la terre à haute sensibilité ou un dispositif de coupure automatique de la mise à la terre est installé, la résistance de mise à la terre peut dépasser 10 Ω, mais doit rester inférieure à 100 Ω. Lorsqu’un système de protection contre la foudre est en place, la résistance de mise à la terre ne doit pas dépasser 1 Ω ； b. La mise à la terre de blindage et la mise à la terre de fonctionnement doivent être inférieures à 10 Ω ； c) La résistance de mise à la terre des circuits intrinsèquement sûrs et celle de mise à la terre des autres instruments doivent respecter les exigences des documents techniques du produit ； d) La résistance de mise à la terre des systèmes DCS, PLC et PCS doit être inférieure à 4 Ω ； e. La distance entre les planchers de terre doit être supérieure à 5 m. 20 Lors de la mise en œuvre du système de terre, il convient de tenir à jour les registres des travaux cachés en temps opportun