周秀芝 （1966－）
女，武钢运输部电务段铁路信号工程师，（武钢运输部电务段， 湖北   武汉  430083），主要从事信号设计、施工、验收工作。

摘要: 通过对计算机控制系统各种地线的种类及作用的分析 , 论述与总结了计算机控制系统地线设计, 对规范微机联锁系统、驼峰自动化控制系统的地线设计和应用提供参考。

关键词: 微机联锁系统; 驼峰自动化控制系统; 地线; 计算机控制

Abstract:A discussion and summarization of the design of the ground wire in train signal computer controlling system, which analyzed all kinds of ground wire and computer controlling system. A reference of the criterion of computer interlocking system and the design of ground wire in Hump Automation controlling system

Key words: Computer Interlocking System；Hump Automation Controlling System;   Ground Wire;Computer Controlling

1    引言

    随着铁路信号的微机化 ,在信号设备的建设和改造过程中,计算机控制系统得到了广泛的应用,产生了越来越显著的经济效益和社会效益。在实际的计算机控制系统中, 如何抑制和消除来自外界和系统内部的各种干扰,是确保计算机控制系统安全可靠运行的一个基本条件。在系统设计中,除了利用了适合工业现场条件的高可靠性计算机外,还应采取一系列的措施来抑制和消除来自各方面的干扰。

    理论和实践都证明,控制系统中接地系统的良好设计及安装是抑制噪声和消除干扰的重要手段,它在很大程度上可抑制内部噪声的耦合,防止外部干扰的侵入,提高控制系统的抗干扰能力,为控制系统提供一个安全、可靠的工作基准环境。

    但是,目前在控制系统设计安装中,对控制系统中地线系统的设计仍不十分的规范。在实际的控制系统施工过程中,由于安装技术的水平参差不齐,从而直接影响控制系统设备的可靠运行,严重时将导致系统根本无法正常工作。

    因此系统地线的设计及施工直接关系到能否为控制系统提供一个良好的工作环境 , 是控制系统中一个极其重要的环节。

2     控制系统中地线的种类和作用

    按照国家《电子计算机机房设计规范》 (GB50174-93) 规定的要求,电子计算机机房应采用交流工作地、安全保护接地、直流工作接地和防雷接地等4种接地方式。《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94 )则对防雷接地作了更详细的规定。而目前大多数设计施工的都没有按这个要求进行设计施工。

    2.1   交流工作地线

    在低电压电力系统中,交流工作接地实际上是交流电力变压器中性点的接地,中性点接地后引出的线叫零线，它的作用是通过安全保护接地和线路保护接地装置（如熔断器）配合，保护设备使用人员的安全,其接地电阻要求不大于4Ω,为了增强其安全性,电气规程规定在电源进线处应将零线重复接地。 

    2.2   安全保护地线

    安全保护接地有2种形式,一种是保护接地,另一种是保护接零。保护接地就是将电气设备在正常情况下不带电的金属部分与大地紧密地连接起来；保护接零就是将电气设备在正常情况下不带电的金属部分与电网的零线(PE线或PEN线)紧密地连接起来。安全保护地的主要作用是与交流工作接地和线路保护装置配合,保护设备使用人员的安全,一旦电气设备内的带电体触及金属外壳(俗称漏电)时，电力线路的相电压通过安全保护接地、大地、交流工作接地形成低阻通道(近似短路),强大的电流使串接于电力线路中的保护装置动作,及时切断电源供电,从而避免人员触电的危险。同时,保护地线可利用电磁屏蔽原理抗干扰,良好的地线装置可以防止设备外部空间的电磁辐射对设备内部的干扰,又可屏蔽设备内部的电磁辐射对外部空间的干扰。安全保护接地的接地电阻一般要求不大于4Ω。

    2.3   直流工作地线

    直流工作接地是计算机系统的逻辑参考点，同时也是计算机系统中数字电路的等电位地,也称为信号地或逻辑地。它的主要作用是为计算机工作提供一个统一和稳定的公共参考电位，不至于因浮动而引起信号量的误差,并防止其内外的有害电磁干扰,使计算机稳定可靠地工作。直流工作接地的接地电阻按计算机系统具体要求确定,原则上越小越好,一般要求不大于 1Ω。

    2.4   防雷地线

    防雷接地主要是用来向大地引泄雷电流的，是防止雷电对建筑物及人员、设备损害的防护措施,其接地电阻应符合《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94)的要求。防雷保护地与信号楼采用的避雷措施有关,由于雷电流产生的电磁感应现象,造成巨大的电磁场，对计算机及相关设备具有极大的破坏作用，要求防雷地线装置与所有其他电器设备之间保持足够的距离。

3    控制系统地线的设计方法

    为保障计算机控制系统正常运行及设备和人员的安全,根据理论分析、大量地翻阅资料和本人的现场实际工作经验,提出以下地线设计、施工的原则。

    3.1   交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地设置

    按照《电子计算机机房设计规程》 (GB50174-93) 规定,交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等四种接地宜共用一组接地装置,其接地电阻按其中最小值确定。防雷接地也可与其他三种接地分开设置。若防雷接地单独设置接地装置时,其余三种接地宜共用一组接地装置,其接地电阻不应大于其中最小值,并应按现行国家标准《建筑物防雷设计规范》要求采取防止反击措施。

    各种地线在一点相接的优点是不会形成闭合回路,即使某一地线系统上出现信号或干扰电流,也不会相互串混,且公共接地母线及引入线都是低阻抗的,不会因此引起共模干扰。防雷接地单独设置接地装置时,为了防止雷击电压对计算机系统设备产生反击,要求防雷装置与其它接地体之间保持足够的安全距离。但在工程设计中有时很难做到,如多层建筑的防雷接地一般利用钢筋混凝土中的钢筋作为接地线和接地体,无法满足与其它接地体之间保持安全距离的要求,可能产生反击现象,而采用共用一组接地体,降低了雷击时相互间的电位差,可以防止这种反击现象,保证人员和计算机设备的安全。为了防止雷电冲击时接地电位的升高,共同接地的电阻要求在1Ω以下。如达不到这个要求或接地设施会因年久失修致使接地电阻增加,有可能给计算机的安全性、可靠性带来极大的威胁。

    因此在防雷装置与其它接地体之间可以保持足够的安全距离的情况下,系统应将交流工作地、安全保护接地、直流工作地连接在一起后接入同一接地体地桩,其接地电阻不应大于其中最小值即不大于1Ω。防雷接地另设接地桩,二者保持足够的安全距离。

    3.2   进入机房的电缆护套和电缆屏蔽层接地

    微机联锁系统、驼峰自动化控制系统的道岔、轨道、信号、车轮传感器、测长、测速、测重等信号的输入线如果没有良好的屏蔽,当受到外界电磁场的电磁感应或静电感应作用影响时,信号线上的干扰电压有可能达到与有效信号相同数量级,干扰信号和有效信号同时被计算机放大 ,造成有效信号失真。这些信号通道的电缆,就必须采取屏蔽措施。在电缆采用了屏蔽的条件下,还应将其屏蔽层正确地接地。屏蔽接地的基本目的是消除外界电磁感应和静电感应的干扰,将屏蔽体上的感应信号直接导入大地,避免感应干扰信号进入计算机系统。信号电缆屏蔽接地,应使在接地线上的电压降干扰影响尽量小,电缆屏蔽层不得构成两点或多点接地。为避免出现接地环流,应实行集中式一点接地。利用电缆中的备用芯线的其中一芯进行接地,也可将外界干扰电压幅值降低,且实施简便。

    3.3   直流工作地线采用并联式一点式接地方式

    对于低频电路的计算机系统而言,为了避免因多点接地导致的基准电位不同而引起逻辑误差或接地环流,要求采用一点接地。在直流工作地的接法上,有串联接地和并联接地两种方式,如图1所示。串联接地将机房中设备直流工作地线以串联的方式接在直流工作地线的铜皮上,此种接法因串联接地,各串联的电阻使得各点电位产生偏差,容易产生噪声。并联接地中各电路的地电位只与本电路的地电流和地线阻抗有关,各点间的电位差较平衡,可获得较好的低频接地,因此应用得较多。由于计算机的直流电压较低,各机架之间的地电流不容易形成耦合。在微机联锁系统、驼峰自动化控制系统设计中,应采用直流工作地并联式接法。

6    结束语

    鉴于接地系统是提高计算机控制系统可靠性、抑制干扰、保证机房设备安全的重要手段,应对计算机设备的接地认真对待并加以规范。如果重视不够或接地系统处理不当,将会影响计算机的稳定工作从而引发故障,甚至烧毁接口和器件,严重的还危及人身安全。