摘要：本文围绕电气专业与仪控系统在供电设计、EMC设计方面的配合进行了探讨，对应急供电持续时间、电源容量、负荷分级、UPS选取以及接地与等电位、屏蔽设计等方面进行了阐述，希望从设计方面为仪控系统得以稳定、可靠运行提供保障。
关键词：电气专业；仪控系统；工程设计
工程设计过程中，电气专业与自控专业的设计具有极为密切的关系，不仅在控制回路上具有联锁关系，在电磁兼容（EMC）与供电设计上也关系密切，因此为了强化二者在设计过程中的配合，有必要对其配合措施进行探讨。
一、控制系统与仪表的供电
除电动阀门与大容量不间断电源存在使用交流380V供电的可能性之外，仪控系统用的电流通常为交流电220V以及直流电24V。其中，电气专业提供交流380V与220V，交流220V经自控专业的开关电源转换后成为直流24V，因自控专业需要将自身对电源的要求（如电源切换时间、UPS供电持续时间、电源质量、电源电压等级、电源回路数、电源容量以及电源的类型等）告知于电气专业，以便于电气专业能满足上述需求[1]。
1、应急供电持续时间
对应急供电持续时间进行设定时，需要结合相关规范进行设计。例如，DL/T 5226-2013中规定蓄电池的备用时间应不小于30min； HG/T20509-2014中对后备电池的要求则是供电时间应不小于30min。参考上述规范，对应急供电持续时间进行设定时，其原则为避免发生重大经济损失、人身伤害，能为处理事故以及安全停工提供保障。当负荷等级为三级负荷时，此时采用UPS进行供电仅是从确保电源质量出发，因此对应急供电持续时间可以适当放松，还可以不将后备时间考虑在内。
出于确保控制系统以及仪表系统供电的考虑，自控专业确定电能质量与切换时间的过程中，需要以负荷的性质为依据进行确定，并将其提交于电气专业，为了确保仪控系统的供电可靠性与稳定性能得到保证，需要对电力系统的主进线做出明确要求[2]。
2、电源容量的计算
确定电源容量时，需要结合仪控系统的负荷性质进行确定。例如，当电力负荷为二级负荷时，按照电源的切换时间进行划分，可将仪控系统的负荷划分为普通双电源供电（现场检测仪表与执行器）以及UPS供电（计算机监控系统），对UPS的容量进行计算时，要求不仅要确保其总容量与负载总容量相符合，还应将功率因数与可靠系数考虑在内；对普通双电源的容量进行计算时，则要求其总容量应在计算负荷的1.2-1.5倍区间内。
3、负荷分级的确定
确定负荷分级时，主要假设电源中断时的后果严重程度进行负荷分级的确定。对突然中断可能导致工艺流程被打断、可能产生爆炸或中毒事故的项目的仪控系统，其负荷为一级负荷，对一级负荷需要采用双重电源供电的方式；对仪控系统停电时可能导致较大的经济损失的项目，此类负荷为二级负荷，对二级负荷采用的供电方式为两回线路供电。
4、UPS的选取
4.1 UPS形式
UPS有后备式与双变换的形式之分，前者是指工作电源处于正常工作的状态时，此时向负载输出工作电源，逆变器不触发动作，当工作电源失电时，此时的逆变器向负载输出电源，这种形式的UPS具有输出电压的稳定性不强的缺陷；后者则始终由逆变器进行电源的输出，具有无需时间将市电与电池进行转换的优势，其电压的输出精度较高，稳定性也较强。
仪控系统对UPS的要求主要包括电压瞬间扰动在10%以下、正弦波失真率在5%以下、频率为（500.5）Hz以及电压为（22011）V，出于确保仪控系统运行的稳定性与可靠性的考虑，同时确保输出电源的质量，仪控系统的UPS形式以双变换UPS形式为宜。
4.2 UPS供电连续性
出于确保DCS或PLC系统控制系统得以连续工作，UPS以选取具有旁路功能的UPS为宜，当负载电流瞬变、尖峰负载或UPS逆变器、整流器发生故障时，通过转换开关能用工作旁路输出代替逆变器输出。转化开关的类型以选取静态开关为宜，其转换时间应在毫秒级以确保其供电连续性。
当对UPS进行检修时，假设要求需要做到不停电检修时，可将维修旁路功能布置于工作旁路的基础，如图1，采用这种方式能为不停电检修UPS提供保障。
图1 具有旁路功能的双变换UPS图示
二、仪控系统的电磁兼容性
受到接地混乱、雷击放电以及开关操作等多方面因素影响，仪控系统常见模块损坏、误动作等问题，其原因在于仪控系统多采用超大规模集成电路，其抗电磁干扰能力较弱，因此需要重视仪控系统的EMC问题处理以提升其电磁兼容性。
仪控系统的辐射电磁干扰多产生于电力系统与闪电，线路传导过程中的干扰则来源于接地系统、信号线、电源线混乱。自控专业不仅需要采用接地、屏蔽、双绞线、电涌保护以及隔离等措施，还需要加强与电气专业的配合以控制这些因素对仪控系统的影响。电气专业与自控专业在这一方面的配合表现在接地、等电位以及屏蔽方面[3]。
1、接地与等电位
通常而言，控制室地处的建筑物，电气专业的接地设计为共用接地系统，因此在控制室内做等电位时，将电位连接带布置于机房周围，同时接地系统与自设地引上线或内墙结构柱主钢筋等在多个方向至少连接两处即可，这一过程中需要注意的是，不能直接防雷引下线。同时，将等电位与控制室内预留的接地端子板相连，控制系统可根据实际需求将其采用不同的形式相接。当进出控制室时，对金属桥架、金属管道以及仪表电缆的屏蔽层等采用电位连接的方式进行处理，工作芯线经浪涌保护器与该等电位端子或电位带相连。对现场仪表等，将接地端子板预留于仪表集中部位以便于接地。
2、屏蔽
2.1 防雷区的划分
采用屏蔽措施时，需要先对防雷区进行划分，按照GB 50057—2010中的思路，采用雷击电磁场的强度衰减程度对防雷区予以划分，从LPZ1至LPZn数字越大提示电磁场衰减越好，将LPZ0定义为未衰减区域。控制室均布置于室内，同时现场仪表与控制室之间的电缆连接通常都会采取保护钢管、封闭金属线槽等进行全程保护，仪控系统不处于直接雷击场合，因此不对IPZ0区域进行考虑，仪表设备处于室外时，EMC问题会由设备厂商进行处理。
2.2 屏蔽效果
电气专业会充分利用控制室所在的建筑物的自然金属部件如金属墙面、钢筋以及金属框架等连接防雷装置，从而形成格栅状空间屏蔽。自控专业需要做的是对其进行校验，经检查确认其是否满足机房内控制系统对电磁环境的要求，当发现不符合时，可以通过对格栅予以加密的方式进行处理。校验过程中有公式：
其中， 为格栅屏蔽网格的宽度（m）；SF为屏蔽系数；H0、H1为屏蔽前后的磁场强度（A/m），根据上述公式检验其是否符合规范要求。
仪表工程需要将接地与等电位、屏蔽工作做好以便于满足于EMC的要求，控制室的措施见图2，其中各种措施均离不开自控专业与电气专业的密切配合，自控专业需要将屏蔽栅格宽度、等电位带设置要求以及接地端子位置等告知电气专业，从而确保达到EMC的要求。
结束语
仪控系统中的计算机技术与微电子技术得到了广泛使用，系统是否能做到可靠、稳定运行，其关键因素在于EMC设计与供电设计，本文对电气专业与自控专业在供电设计与EMC设计的配合上进行探讨，对从业者具有一定借鉴价值。
参考文献:
[1]于创宇.浅析智能化技术在电气工程自动控制系统中的应用[J].民营科技,2018(11):10-11.
[2]梅强.PLC在电气设备自动控制系统的设计与应用[J].计算机产品与流通,2018(10):91.
[3]龚咏梅.浅议自控和电气专业在工程设计中的配合[J].机电信息,2018(18):28-30.
[4]熊丽萍.智能化技术在电气工程自动化控制中的应用[J].信息与电脑(理论版),2018(08):130-131.
论文作者:陈龙军
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/19
标签：系统论文; 负荷论文; 电源论文; 电位论文; 自控论文; 屏蔽论文; 电气专业论文; 《电力设备》2018年第28期论文;