知識||DCSデータの変動？見ておくべきDCSのアース！

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一、DCSシステムのアース接続に関する基本要件 DCSシステムのアース接続とは、DCSシステムに入力される信号や電源、またはDCSシステム自体の機器に問題が発生した際に、効果的なアース接続システムが過負荷電流に耐え、その過負荷電流を迅速に大地に流すためのものです。接地システムは、DCSにシールド層を提供し、電子ノイズの干渉を排除するとともに、制御システム全体に共通の信号基準点（すなわち基準ゼロ電位）を供給します。 接地システムに問題が生じた場合（接地抵抗が過大である、複数箇所で接地されている、接地線が切断されている、または接地線が高電圧・大電流の機器に接触しているなど）、人が感電する危険や機器の損傷が引き起こされます。また、一部のDCSシステムが頻繁に「フリーズ」する（または原因不明の「フリーズ」が発生する）のも、ほとんどが接地システムの不具合や問題が原因であるとされています。したがって、完璧で信頼性の高い正しいアース接続は、DCSシステムが安全かつ信頼性を持って正常に動作するための鍵となります。二、DCSのアース分類 一般的に、DCS制御システムには2種類のアースが必要である：保護アースと動作アース（ロジックアース、シールドアースなど）。化学工業などで使用される、サファリゲートによる防爆対策が施されたシステムの場合、本安仕様も求められます。 2.1 保護接地（CG、Cabinet Grounding）とは、機器の外殻に静電気が蓄積するのを防ぎ、人への危害を避けるために講じられる保護措置です。DCSシステムのすべてのオペレーターケース、現場制御ステーションケース、プリンター、端子盤などは、保護接地に接続されなければならない。保護地は工場区域の電気専用アース網に接続され、アース抵抗は4Ω未満でなければならない。 2.2 ロジックグラウンドは、マシングラウンドやホスト電源グラウンドとも呼ばれ、コンピュータ内部のロジックレベルの負極共通グラウンドであり、+5Vなどの電源出力グラウンドでもある。CPUのプラス5ボルト、マイナス5ボルト、プラス12ボルト、マイナス12ボルトのマイナス側などです。公共アース極に接続する必要があります。 2.3シールドグラウンド（AG、アナログ・グラウンディング）はアナロググラウンドとも呼ばれ、現場での信号伝送時に受ける干渉を遮断し、信号の精度を向上させることができる。DCSシステムにおける信号ケーブルのシールド層は、シールド接地を行うべきである。ケーブルのシールド層は、閉ループによる干渉を防ぐため、一方の端を接地しなければならない。ケーブルの金属製カバーはシールド保護用の接地としては使用してはならず、銅線メッシュまたはアルミメッキシールド層を接地させる必要がある。公共接地極に接続する。 2.4 プリンセスケーブル用には、独立したアースシステムを設置し、アース抵抗は≤4Ωとする。この地域のアースシステムは独立したものとして維持され、工場敷地内の電気用アースネットワークやその他の計測器システムのアースネットワークからは5m以上離して配置する必要がある。 三、DCSシステムのアース方式 1 電気用アース網をDCSのアース網として利用し、つまり電気用アース網と共地する； 2 DCSシステム専用の独立したアース網を設ける； 3 DCS専用の接地網を設け、接地線を介して電気接地網に接続する。 第3の接地方法は第2の接地方法と多くの共通点があるため、過去にはコンピュータやDCSシステムで専用の接地網が多く採用されていました。しかし、この接地方法には、占有面積が大きく、投資額が高い、ケーブルや接地網用の鋼材の消費量が多い、工場からかなり離れた場所に設置しなければならない（工場内で適切な場所を見つけるのが難しいため）、接地極や接地線の管理・保守・測定および検索が不便であり、効果もそれほど良くないという欠点がある。実際の運用状況から、専用のDCS接地網を設置することは困難であり、かつ安全でもないことがわかっている。 四、公共接地極（網）に対する要求 1工場の電気接地網の対地分布抵抗が≤4Ωの場合、その工場の電気接地網をDCSシステムの公共接地極（網）として使用できる。2 工場の電気アース網のアース抵抗が大きい、または乱雑な場合は、独立したアースシステムを設置する必要があり、それがDCSシステムの共通アース極（網）となる。 3　本安的に接続されていない公共アース極（ネット）の対地分布抵抗が4Ω未満；本安地のものは1Ω未満です。接地主幹線の回路インピーダンスは0.1Ω未満です。 4 接地極の周囲15メートル以内に避雷地の接続点はなく、8メートル以内には30KW以上の高圧・低圧電気機器の筐体の接続点はない。現場でその条件を満たすことができない場合、避雷保護地は避雷器／衝撃波抑制器を介して公共接地極の幹線に接続される。溶接用のアースは、公共のアース極やそのアース網と絶対に接続してはならず、両者の間隔は10メートル以上あける必要があります。 五、DCSシステムのアース原則　1、DCSシステムに設置されるアース装置　1.1 操作台、プリンタ台、サーバーケース：保護用アースネジが設けられている。 1.2 リレー盤、UPS盤、配電盤：保護用アースネジが設置されている。1.3 DCSのI/Oキャビネット：シールド接地バス、保護用アースネジを備え、システムアース（+24Vアース）は浮遊状態。1.4計器盤、手動操作盤：シールド接地用バスバー、保護接地ネジを備える。1.5 安全ゲートキャビネット：シールドアース用接続バス、インパルスアース用接続バス、保護アース用ネジを備えている。 2、信号のシールド及びそのアースについては、関連する技術規定により、コンピュータやDCSシステムの信号ケーブルのシールド層は浮遊してはならず、必ずアースしなければならない。そのアース方法は以下の規定に従うものとする：2.1 信号源が浮遊している場合、シールド層はコンピュータ側でアースしなければならない；2.2 信号源がアースされている場合、シールド層は信号源側でアースすべきである；2.3 アンプがフローティング状態のとき、シールド層の一方の端はシールドケースに接続し、もう一方の端はコモンモードグラウンドに接続することが望ましい（信号源がグラウンドされている場合は、信号グラウンドに接続する）。信号源が浮遊している場合は現場のアースに接続する）；2.4 シールドケーブルがジョイントボックスで分岐または合流する場合、ジョイントボックス内でその両端のケーブルのシールド層を接続しなければならない。 六、DCSシステムの接地による土壌抵抗率低下方法 1 接地体周囲の土壌構造を変更する。接地体の周囲2～3mの範囲の土壌に、水に溶けないが吸水性に優れた物質、例えば木炭、コークス、スラグなどを混入することで、土壌の抵抗率を元の1/5～1/10まで下げることができる。2　食塩と木炭を使って土壌の抵抗率を下げる。食塩と木炭を層にしてしっかりと締め固める。木炭と細かいものを混ぜ合わせて1層にし、厚さは約10～15cmにする。その上に塩を2～3cm敷き、合計で5～8層にする。敷設したらアース体を打ち込む。この方法により、抵抗率を元の1/3～1/5まで下げることができる。しかし、食塩は時間が経つと水と共に流れ出てしまい、通常は2年ごとに補充する必要がある。 3 長期作用型の化学的抵抗低減剤を使用する。長期作用型の化学的抵抗低減剤を使用することで、土壌の抵抗率を元の40％まで下げることができる。 七、DCSシステムのアース材料および要求事項 1.アース体とアースネットワーク本線の材料要求 アース体およびアースネットワーク本線に使用する鋼材の規格は下表の通り選定できる。また、アース抵抗が要求を満たさない場合は銅材を使用することもできる。接地体や接地網の幹線が腐食が激しい場所に設置される場合は、腐食の性質に応じて熱亜鉛メッキや熱錫メッキなどの防食対策を講じるか、断面積を適切に大きくする必要がある。 2. 接地配線については、DCSシステムの保護接地およびシールド接地の配線は、銅心絶縁電線またはケーブルを使用して、工場内の専用接地網または接地体に接続しなければならない。接地配線の距離が長く、DCSシステムの接地抵抗に対する要求が高い場合、または接地幹線から分岐する支線の数が多い場合は、表に示されているような断面積の大きな電線ケーブルを使用することが望ましい。八、現場接地の一般的な注意事項 1.現場制御ステーションの接地ネジは、キャビネット本体とベースの間にゴムがあって絶縁されており、シールド接地バスもベースとの間で絶縁されているため、現場制御ステーションでは規定に従って適切な接地処理を行う必要がある。つまり、それぞれ現場制御ステーションのアースバスに接続される。I/Oキャビネットの電源グラウンドとUPSの電源グラウンドは、等電位を保つために同じグラウンドに接続しなければなりません。 2. 各種ハードウェア機器のオペレーターステーション、エンジニアステーション、ネットワークスイッチ、サーバーホスト、システムディスプレイなどは、ケースを接地するか、電源のアース線を直接電気的アース網に接続する。 3. I/Oコンポーネントのアナログモジュールの40番端子、すなわち直流24ボルトの負極はロジックグラウンドバスに接続され、そのロジックグラウンドバスはシールドグラウンドに接続され、さらにメイングラウンドバスに接続される。 4. シールドグラウンド　現場制御ステーションの保護用グラウンドは、キャビネット下部のアースネジからアースバスに接続されるべきであり、現場制御ステーションのシールドグラウンドは、アースバスから公共接続プレートに接続されるべきである。 5. 接地抵抗テスト　接地システムの抵抗は、接地が制御システムメーカーの要求を満たすことを確保するためにテストを行う必要があります。 九、接地の施工規範の要求として、電気計器のケース、ダッシュボード、キャビネット、ボックス、ケーブルトレイ、保護管、支持架、ベースなど、通常は帯電していない金属部品であっても、絶縁が破壊されて危険な電圧が生じる可能性のあるものは、すべて保護接地を行わなければならない。供給電圧が36V以下の現地計器やスイッチなどについては、設計書に特別な要求がない場合、保護接地を行わなくてもよい。 2 非爆発危険区域にある金属製の盤や板に取り付けられたボタン、信号灯、リレーなどの小型低圧電気機器の金属製ケースは、既に接地されている金属製の盤や板と良好に接続されている場合、保護接地を行う必要はない。 3　計器の保護接地システムは、電気工学における低圧電気機器の保護接地網に接続されなければならず、接続は確実かつ堅固でなければならず、直列に接地してはならない。 4 保護接地の接地抵抗値は、設計書の規定に適合しなければならない。 5 建物に設置されるケーブルトレイおよびケーブル保護管は、繰り返し接地することができる。6　計器および制御システムは作業用アースを設けるものとし、作業用アースには信号回路のアース、シールドのアース、ならびに特別な要求がある本質的安全回路のアースが含まれる。アースシステムの接続方法およびアース抵抗値は、設計書の規定に従うものとする。 7　計器および制御システムの信号回路のアース、シールドアースは、共通のアース装置を使用しなければならない。 8 各計器回路には、2つの接地点間の直流信号回路を絶縁器で分離しない限り、1つの信号回路用接地点のみを設けるものとする。 9信号回路の接地点は表示計器側に設けるべきであり、接地型熱電対および検出素子が既に接地されている計器を使用する場合は、表示計器側に再度接地してはならない。 10　計装ケーブルおよびワイヤーのシールド層は、制御室の計器盤キャビネット側に接地されなければならない。同一回路内のシールド層は信頼性の高い電気的連続性を有し、浮遊したり重複して接地されたりしてはならず、表示計器側で再度接地してはならない。現場計器側のケーブルのシールド層は、保護層の外に露出してはならない。 11 干渉防止が求められる場合、多芯ケーブルの予備芯線は一点で接地し、シールドケーブルの予備芯線とケーブルのシールド層は同じ側で接地しなければならない。 12　ダッシュボード、キャビネット、箱内の各回路の各種アースは、それぞれ独立したアース支線によってアースバスまたはアース端子板まで導かれ、そこからアースメインラインが引き出されてアースマスターラインおよびアース極と接続される。各接地支線、バスバー、または接地端子板は、接続されていない部分同士で互いに絶縁されなければならない。 13 接地システムの接続には銅心絶縁電線またはケーブルを使用し、亜鉛メッキボルトで固定する。計器盤、キャビネット、箱内の接地バスバーには銅材を使用し、絶縁支持具で固定する。接地主幹線と接地体の間は溶接によって接続するべきである。 14本質的安全回路自体は、設計書に特別な規定がある場合を除き、接地してはならない。ダイオードセーフガードを使用する場合、その接地は直流電源の共通端子に接続しなければならない。 15 静電気防止用のアースは、設計書の規定に従うものとし、機器や配管、電気系統の静電気防止工事と同時に行うことができる。 16 接地配線には、多心撚り銅心絶縁電線またはケーブルを使用し、亜鉛メッキまたは銅製ボルトで接続する。接地バスバーは銅材を使用し、絶縁支持具で固定する。 17 接地線の断面積は、設計書および製造元の規定に準拠しなければならない。設計書および製造元に規定がない場合、接地接続線は2mm2以上、接地分岐線は6mm2以上、接地幹線は20mm2以上、接地本幹線は30mm2以上でなければならない。 18 接地総幹線と接地体の間は溶接を用いるべきである。埋設型のアース幹線は、同等の有効断面積を持つ熱亜鉛メッキされた扁平鋼または丸鋼を用いて溶接することができる。接合部は重ね合わせることができ、平板鋼の重ね長さは幅の2倍、丸鋼は直径の6倍とする。接触は良好でなければならず、接続はしっかりしていなければならず、溶接部には防食処理を施す必要がある。 19 接地抵抗値は、設計書および製造元の規定に適合しなければならない。設計書や製造元に規定がない場合は、次の規定に適合しなければならない：a、計測器システムの保護接地抵抗値は一般的に4Ωであり、最大でも10Ωを超えてはならない。高感度の接地自動警報装置や接地自動遮断装置などが設置されている場合、接地抵抗値は10Ωを超えることがあるが、100Ω以下でなければならない。また、避雷システムが設置されている場合、接地抵抗は1Ωを超えてはならない；b、シールド接地とワーク接地は10Ω以内でなければならない；c、本質的安全回路の接地およびその他の計器の接地抵抗は、製品の技術文書に定められた要求事項を満たすものでなければならない；d、DCS、PLC、PCSシステムの接地抵抗は4Ω未満でなければならない；e、アースプレート間の距離は5m以上でなければならない。20 接地システムの工事時には、適時に隠蔽工事記録を作成しなければならない