现场仪表及DCS防雷接地探讨

现场仪表及 DCS防雷接地探讨

谢钊辉

身份证号码： 33062119820129****

【摘要】随着社会经济的不断发展，工业生产水平也在提高。在工业生产中，生产设备的高效安全、生产流程的顺畅合理至关重要。现场仪表在保障工业生产流程的顺利执行中发挥了巨大作用，因此，现场仪表的保护和安全问题也不容忽视，特别是雷雨天气或者预防自身静电方面。本文正是在这样的背景下，就现场仪表及防雷接地进行了深入探讨。

【关键词】现场仪表 DCS 防雷接地、

1.概述

1.1现场仪表概述

现场仪表一般是指在生产现场安装着的主要用来测试各个生产过程中机器设备参数的仪表，除了监督设备参数，现场仪表还能对各种控制指令进行审核和执行，并且在必要时实现信号的转换和通信。现场仪表的种类繁多，常见的类别包括温度表、压力表、流量表等各种测量仪器设备物理特性的仪表，另外还有测量物质化学成分的仪器。

仪表是工业生产过程中必不可少的监督器和指示灯，在工业生产过程中，从生产过程的质量监控到参数测定再到信号反馈和执行情况调整等，都需要现场仪表来实现。现场仪表对于工业生产流程具有十分重要的作用，因此现场仪表的结构和设计也必须符合各种施工环境。除此之外，现场仪表可以综合现场总线控制仪器设备，并与之构成现场总线控制系统，最终实现生产流程的全自动操作。

1.2 DCS概述

DCS是分布式控制系统，也叫做集散控制系统，DCS是以集中式控制系统为基础发展和演化来的新型计算机控制系统。

DCS从发明迄今为止已有40多年的历史了，在这40多年中的发展下，DCS的结构体系在不断地完善和发展，功效和性能也得到了巨大的提升和改进。同时，作为分布式控制系统，DCS应用的领域不断地扩张，是自动化生产过程最具使用价值的计算机控制系统。从自动化生产的设备检测到操作执行，甚至是管理过程中，随处可见DCS分布式控制系统的身影。

DCS的核心主要是骨架——系统网络，该部分直接决定了DCS分布式控制系统的实用性和高效性。因此，DCS的骨架——系统网络在设计时需要十分精准。除了DCS在骨架——系统网络中的设计精准以外，DCS还具有以下几个特点。DCS的特点首先是可靠性，因为DCS系统是分布式控制系统，其控制作用是分散的，在不同的计算机上完成其控制过程，当一台计算机发生故障时，也不会立马使得其他计算机遭受同样的故障，而是采用容错设计，使得各台计算机在运作的时候互不干扰，也不会出现故障波及其他计算机的情况。另外，就可靠性而言，由于DCS是分散性的控制系统，各台计算机承担的任务并不复杂，而是一些相对简单的操作，故而，对于每台计算机而言，其运转过程中不会由于承担功能太复杂而导致系统载荷过大的问题，反而是因为实现着专一的功能，而使得整体的可靠性增加。其次是开放性，开放性表现在DCS设计过程中采用了开放式的标准化模板系列设计，也就是说，DCS中的各台计算机是利用局域网进行信息的传输和通信的，如果系统需要进行改变或功能扩充，只需要将新的计算机接入通讯网络即可，而不会涉及和影响到其他计算机的运作和工作。因而开放性使得系统中的各台计算机都具有较为独立的工作和使用空间。此外，DCS还具有较大的灵活性，在不同操作流程下，处理相应的对象时，可以较为灵活和自由地进行软硬组态结合，包括对信号的测量和控制以及调整各台计算机之间相互通讯的方式，从而灵活自由地组建所需要的控制系统。除此之外，DCS控制系统的调整和维护都具有较为简便的特点，也就是说，当系统中一台计算机出现故障，可以直接拆卸，进行维护和调整，而不需要关停整个系统，各个计算机之间也不会相互影响。因此在协调和优化，以及后期维护过程中，DCS分散式控制系统都具有简便易行的特点。

1.3防雷接地概述

防雷接地是防止仪器设备遭到损害的一种方式。防雷接地不仅指防止雷电击打遭到损害，还蕴含着防止静电危害，因此需要将静电接地。在工业生产过程中，防雷接地能够较为有效地防止仪器设备遭受到雷击或者由于产生静电而发生损毁和伤害。

2 雷电损害现场仪表主要方式

2.1 雷电反击

雷电对于现场仪表的损害方式包括直击雷电和反击雷电，直击雷电作用于现场电表，通常会导致仪表的电位出现波动，电位波动达到一定程度就会造成雷电反击的状况出现。雷电反击能够最终造成仪表设备无法正常运作，甚至出现障碍，导致整个工业生产过程的安全效率无法得到保障。DCS系统的防雷设备在操作执行过程中被雷电击中时，通常会由于设备还在运行，使得雷电的电流强度在整体上增大，增大的电流在引下线辅助操作过程中，会直接通入接地装置，这会使得DCS系统的内部产生局部增强的电压，从而使得本身绝缘性就较差的DCS系统进行放电，DCS系统一旦放电，就会形成雷电反击，反过来作用于现场仪表，使其遭到破坏。

2.2 瞬间雷电流

现场仪表的DCS防雷接地系统在运行过程中，还可能出现的问题是当DCS系统引入的电流强度较大时，会在系统接通电源的一瞬间产生足以损坏系统功能的电流。同时，当引下线附近没有一定数量的电缆来完成与DCS系统的有效联结，这种情况下，也会使得现场仪表在雷电出现的情况下，使得引下线产生较大的雷电流，从而使得DCS系统同时被破坏。

2.3 电磁干扰

在雷电发生的状况下，伴随的会是空间电磁场的相应变化，这种变化在DCS系统运行时会导致其电磁辐射也发生相应的改变，这也就是所谓的电磁干扰。在电磁干扰的情况下，雷电在金属管道平台上，会形成感应电流，从而产生感应电压。在这样的环境下，只要产生电磁感应或静电感应现象，都会是妨碍DCS系统运作的不利因素。

3 现场仪表及DCS系统防雷措施

3.1 建造防雷装置

随着社会经济的不断发展，工业生产水平也在提高。在工业生产中，生产设备的高效安全、生产流程的顺畅合理至关重要。现场仪表在保障工业生产流程的顺利执行中发挥了巨大作用，因此，现场仪表的保护和安全问题也不容忽视，特别是雷雨天气或者预防自身静电方面。为了方式现场仪器被雷电打击和破坏，首先可以通过在施工现场建造相应的避雷装置，包括在建筑顶层放置和安装避雷针，或者在施工现场建筑避雷塔。从施工现场的周围环境入手，设置有效设施，从而保护现场仪器在雷电状况下，仍能有效安全地运行。具体而言，建立避雷塔或者安装避雷针等设施，都需要考虑到生产过程中的施工环境，使得避雷措施和装置得以与施工环境相适应，从而起到最佳的防雷接地作用。

3.2 改造金属管道

针对现场仪表的DCS防雷接地系统在运行过程中，在系统接通电源的一瞬间产生足以损坏系统功能的电流，从而导致现场仪表遭到破坏的情况，可以考虑在雷电电流通过金属管道时进行一定的阻隔。从防止DCS系统放电的角度，使得现场仪表不会因此遭到雷电反击，进而也能使得现场仪器能够安全高效地运作。要阻隔金属管道中的电流，首先必须明确金属管道的内部结构，同时加固仪器设备内部的金属构造间的联结，保证其连接有效并能实现电流阻隔。另外，还需要对现场仪表自身进行改造，具体而言，就是需要对现场仪表自身当中的金属部件进行串联处理，使得其在雷电发生时，也能自动出现电位差，与外部电位相互抵消，从而防止现场仪表在变动的电磁场中受到干扰而不能准确地持续运转。

3.3 增强接地措施

要在雷电情况下保护现场仪表，需要不断完善和改造DCS系统，包括对防雷系统的重视和维护，并且在此基础上加大对仪表的防护设施建造。除此之外，还可以从接地的角度对现场仪表进行防护。接地指的是将雷电电流导入地下，与地下富含的电子相互抵消，从而不会危害到现场仪表。具体的操作过程中，还要特别关注现场的施工环境，并且严格遵守施工标准，在规定的情况下，按照标准进行仪器设备的设置。从而使得电流在接地的情况下，成功导入地下，而不损害现场仪表的使用和运作，也能保障DCS系统的安全高效。

3.4屏蔽雷电电流

在不同的工业生产过程中，现场施工的环境决定了现场仪表的结构和材料的选择。就石油化工的生产过程而言，其现场仪表的材料就十分特殊，主要是利用了半导体材料。在这样的情况下，现场仪表自身对于电流的绝缘性能十分差，在没有较强的绝缘性能防护下，雷电情况下，就容易出现雷击状况。而屏蔽雷电电流则是处理这种状况的有效方法之一。通过构建屏蔽体，可以有效地组织电磁场的波动，并避免产生电磁脉冲，这样就很好地保护现场仪表不会遭到干扰和破坏。因此，在DCS系统中，还可以采取建立屏蔽体，从而保护现场仪表不受干扰，并能安全高效运作。

3.结语

随着社会经济的不断发展，工业生产水平也在提高。在工业生产中，生产设备的高效安全、生产流程的顺畅合理至关重要。现场仪表在保障工业生产流程的顺利执行中发挥了巨大作用，因此，现场仪表的保护和安全问题也不容忽视，特别是雷雨天气或者预防自身静电方面。本文虽然探讨了现场仪表及DCS防雷接地，但还存在许多不足之处，这将会在本人今后的研究中不断改进和完善。

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