اجرای سیستم زمین در پروسه‌های صنعتی نقش مهمی در کیفیت عملکرد سیستم دارد. در مورد تجهیزات ابزاردقیق به دلیل آسیب‌پذیر و همچنین اهمیت آن‌ها در صحت عملکرد فرایندهای صنعتی، سیستم ارتینگ اهمیت بیشتری هم پیدا می‌کند. در این مقاله، ضمن معرفی انواع روش‌های عملی اجرای سیستم زمین، نکات کاربردی و سودمندی را در مورد زمین کردن تجهیزات ابزاردقیق مطرح کرده و مشکلات رایجی که به دلیل اجرای نادرست سیستم زمین رخ می‌دهد را شرح می‌دهیم.
تجهیزات ابزاردقیق از اجزای اصلی سیستم اتوماسیون به شمار می‌روند. در دوره اتوماسیون فتک و اتوماسیون تکمیلی ماهر با انواع تجهیزات ابزاردقیق و کاربرد آن‌ها به طور عملی آشنا شده و نحوه به‌کارگیری آن را در طراحی یک سیستم اتوماسیون صنعتی فرا خواهید گرفت.
ابزاردقیق چیست؟
ابزاردقیق به علم و فناوری اندازه‌گیری و کنترل کمیت‌های فیزیکی در یک سیستم یا فرآیند گفته می‌شود. این حوزه شامل طراحی، توسعه و کاربرد دستگاه‌ها یا ابزارهایی است که متغیرهایی مانند دما، فشار، جریان، سطح، سرعت، نیرو یا سیگنال‌های الکتریکی را نظارت و مدیریت می‌کنند. ابزاردقیق در صنایع مختلفی مانند تولید، انرژی و نیز مراقبت‌های پزشکی و پروژه‌های تحقیقاتی به‌طور گسترده استفاده می‌شود.
جنبه‌های اصلی ابزاردقیق
تجهیزات ابزاردقیق اجزای جدایی‌ناپذیر سیستم‌های صنعتی مدرن هستند. از این تجهیزات برای کاربردهای مختلفی استفاده می‌شود. اندازه‌گیری متغیرها، کنترل آن‌ها، تأمین فیدبک کنترل برای کنترلرها و اعمال خروجی‌های کنترلی در سیستم‌های اتوماسیون جنبه‌های اصلی کاربرد تجهیزات ابزاردقیق هستند.
- اندازه‌گیری: بعضی از تجهیزات ابزاردقیق برای اندازه‌گیری دقیق پارامترهای مختلف استفاده می‌شوند. به‌عنوان مثال، دماسنج‌ها، گیج‌های فشار و ولت‌مترها برای اندازه‌گیری پتانسیل الکتریکی.
- کنترل: دسته‌ای دیگر از تجهیزات ابزاردقیق برای کنترل متغیرها روی یک مقدار خاص به کار گرفته می‌شوند؛ مانند ترموستات‌های سیستم تهویه منازل یا کنترلرهای HVAC در صنعت.
- سنسورها و مبدل‌ها: این تجهیزات کمیت‌های فیزیکی (مانند دما یا فشار) را به سیگنال‌های قابل‌خواندن تبدیل می‌کنند. سنسورها تغییرات را تشخیص می‌دهند و مبدل‌ها (ترنسمیترها/ترنسدیوسرها) خروجی سنسورها را به شکل سیگنال الکتریکی استاندارد برای کنترلر آماده می‌کنند.
- عملگرهای صنعتی: برای اعمال خروجی سیستم‌های کنترلی به فرایندهای صنعتی از عملگرهای ابزاردقیق استفاده می‌شود. از جمله این تجهیزات می‌توان کنترل ولو و المنت‌های حرارتی را نام برد.
- اتوماسیون: تجهیزات ابزاردقیق مدرن برای خودکارسازی فرآیندهای صنعتی بسیار مهم هستند و امکان عملکرد سیستم‌ها با حداقل مداخله انسانی را فراهم می‌کنند.
ارتینگ تجهیزات ابزاردقیق
چنان که گفته شد، تجهیزات ابزاردقیق در سیستم‌های صنعتی کاربرد کنترلی و اندازه‌گیری دارند؛ بنابراین، ولتاژ آن‌ها در سطح فشار ضعیف (LV) یا فشار خیلی ضعیف (ELV) است. بسیاری از تجهیزات ابزاردقیق دارای بخش‌های الکترونیکی هستند که با ولتاژ تغذیه AC یا DC پایین کار می‌کنند و به همین دلیل، نسبت به مشکلات رایج در سیستم قدرت بسیار آسیب‌پذیر هستند. برای تضمین ایمنی و صحت عملکرد این تجهیزات باید تمهیدات لازم برای حفاظت از آن‌ها اندیشیده شود. تجهیزات ابزاردقیق باید هم در برابر اختلالات تغذیه و آسیب‌های الکتریکی و هم در برابر تداخل‌ها و نویزهایی که بر سیگنال‌های ارتباطی اثر می‌گذارند، محافظت شوند. یکی از مهمترین اقدامات در حفاظت تجهیزات ابزاردقیق اجرای یک سیستم زمین (ارتینگ) استاندارد برای شبکه اتوماسیون است. این سیستم هم باید از تجهیزات در برابر آسیب‌های الکتریکی مانند اتصال کوتاه، اضافه ولتاژ و صاعقه محافظت کند و هم مرجع ولتاژ صفر را برای سیگنال‌های کنترلی آنالوگ و دیجیتال در سیستم اتوماسیون تأمین کند.
اصول پایه
اجزای مدار سیستم‌های الکترونیکی می‌توانند به جریان‌ها و ولتاژهای گذرا نسبتاً کوچک حساس باشند. ماهیت ذاتی دستگاه‌های الکترونیکی به آن‌ها این امکان را می‌دهد که بسیار سریع واکنش نشان دهند؛ این به آن معناست که این دستگاه‌ها می‌توانند تحت تأثیر اختلالات الکتریکی که برای مدت‌زمان کوتاه رخ می‌دهند، قرار گیرند که توسط ثبّات‌ها (Data Loggers) قابل ثبت نیستند. جالب است که صاعقه در مقایسه با فرکانس نامی کار همه دستگاه‌های الکترونیکی یک حالت گذرا به حساب می‌آید، و امواج صاعقه اغلب باعث یک سیگنال ظهور پاسخ در تجهیزات الکترونیک پیرامون خود می‌شوند. تهدیدات معمول، برای عملکرد صحیح دستگاه‌ها و تجهیزات الکترونیکی، مانند تجهیزات ابزاردقیق، شامل موارد زیر هستند.
- صاعقه: اصابت مستقیم صاعقه به تجهیزات، جریان‌ها و ولتاژهای القا‌شده در اثر تخلیه الکتریکی میان ابرها و اصابت صاعقه به نزدیکی وسایل الکترونیکی و ابزاردقیق موجب آسیب به آن‌ها می‌شود.
- حالت‌های گذرای سوئیچینگ: عملیات قطع و وصل در شبکه برق و سوئیچینگ خازن‌های ضریب قدرت، کلیدهای حفاظتی مدارهای الکتریکی پیرامون، ممکن است باعث ایجاد حالت‌های گذرای سوئیچینگ شوند که برای وسایل الکترونیکی و تجهیزات ابزاردقیق آسیب‌زا است.
- الکتریسیته ساکن: تخلیه مستقیم الکتریسیته ساکن (ESD) در تجهیزات ابزاردقیق یا تجهیزات نزدیک به آن‌ها باعث خرابی این تجهیزات می‌شود.
- حالت‌های گذرای الکتریکی سریع: این حالت‌های گذرا معمولاً ناشی از قوس الکتریکی در اتصال کوتاه و برخی موارد مشابه شکل می‌گیرد. اثرگذاری حالت‌های گذرای سریع معمولاً در فاصله خیلی نزدیک به تجهیزات آسیب‌دیده یا سیم‌کشی آن‌ها رخ می‌دهد.
کنترل تأثیر حالت‌های گذرا
یک تجهیز ابزاردقیق که طبق انتظار عمل نمی‌کند ممکن است به دلیل نویز الکتریکی ناشی از مشکلات ارتینگ باشد. مشکلات ارتینگ اغلب به دلیل رخ دادن «گذراهای الکتریکی سریع» نمایان می‌شوند. وقوع این مشکلات ممکن است در زمان‌ها و با فرکانس غیرقابل‌پیش‌بینی رخ دهد. همین مسئله، حل مشکلات ناشی از القای حالت‌های گذرا را بسیار دشوار می‌کند. به طور کلی، این حالت‌های گذرا دارای شکل موج‌هایی هستند که به راحتی قابل ثبت یا تجزیه و تحلیل نیستند. با این حال، تأثیرات گذراها را می‌توان با رعایت چهار قاعده کلی زیر کنترل یا حداقل کاهش داد:
۱- محدود کردن سرج در هادی‌های حامل برق AC با به‌کارگیری برق‌گیر داخلی (SPD).
۲- کاهش احتمال ظهور نویز الکتریکی در مدارهای برق متصل به تجهیزات الکترونیکی و کابل‌های مدار فرمان داده که تجهیزات ابزاردقیق و کنترلی را به هم متصل می‌کنند، از طریق رعایت استاندارد در تعیین مسیرسازی صحیح برای سیم‌کشی، تجهیزات سطح فیلد و مدارهای انشعابی و همچنین ارتینگ صحیح آن‌ها، همراه با اطمینان از جداسازی مناسب سیم‌کشی مدارهای قدرت و فرمان از راهکارهای کاهش نویز هستند.
۳- اجرای صحیح شیلدینگ از طریق اتصال آن تنها در یک نقطه به سیستم ارتینگ.
۴- اطمینان از زمین‌کردن صحیح از طریق نصب درست هادی‌های زمین انواع تجهیزات و اجرای زمین و همبندی ترمینال نول در ورودی سرویس و همچنین برای سیستم‌های برق AC مستقل.
سطح فیلد از سطوح تجهیزات در هرم اتوماسیون است. اگر با هرم اتوماسیون آشنا نیستید، مقاله زیر را بخوانید.
اصطلاحات سیستم زمین
- زمین (Earth): در مهندسی برق، وسایل به دلایل و روش‌های مختلف به زمین وصل می‌شوند:
- زمین، نقطه مرجع در مدار الکتریکی است که ولتاژها نسبت به آن اندازه‌گیری می‌شوند.
- زمین، مسیر مشترک برای برگشت جریان الکتریکی است.
- زمین، یک مسیر فیزیکی برای اتصال مستقیم بدنه هادی اجزای سیستم الکتریکی و سطوح فلزی به زمین است.
- شینه زمین (Earth Bus): یک میله یا تسمه مسی دارای استحکام و سطح مقطع کافی است که هادی‌های زمین می‌توانند به آن متصل شوند.
- زمین کثیف (Dirty Ground): شینه زمینی است که جریان‌های الکتریکی بزرگ از ماشین‌آلات سنگین را حمل می‌کند. این زمین می‌تواند در مرکز کنترل موتور (MCC) یعنی جایی که موتورها روشن و خاموش می‌شوند و جریان‌ها و ولتاژهای بزرگ ایجاد می‌شوند، قرار گیرد. یک هادی جداگانه نیز از شینه زمین کثیف MCC به زمین صفر ولت در پانل ورودی برق وصل می‌شود.
- زمین تمیز (Clean Ground): شینه زمینی است که از تمامی بارهای الکتریکی سنگین جدا شده است و حامل نویز نمی‌باشد.
- زمین IS: زمین ایمن ذاتی (Intrinsic Safe) یک زمین تک‌نقطه‌ای است برای استفاده در سیستم‌هایی که با تجهیزات نصب‌شده در مناطق بالقوه خطرناک ارتباط دارند.
- زمین N-E: یک اتصال زمین در پانل ورودی اصلی برق است که در آن نول ترانسفورماتور به شبکه زمین صفر ولت کارخانه متصل می‌شود.
- زمین MCC: مرکز کنترل موتور جایی است که از طریق آن دستگاه‌های با ولتاژ و جریان بالا مدیریت می‌شوند. این شینه زمین می‌تواند به دلیل روشن شدن موتورها، باز و بسته شدن کنتاکتورها، وصل و قطع شدن رله‌ها و غیره، دچار جهش‌های ولتاژی شود.
- زمین سیستم ابزاردقیق: یک شینه زمین است که تجهیزاتی که باید به زمین تمیز وصل شوند، به آن متصل می‌شوند. این شینه از طریق یک هادی جداگانه به زمین صفر ولت کارخانه هدایت می‌شود.
- مرکز کنترل روشنایی (LCC): این نقطه یک مرکز کنترل روشنایی (Lighting Control Center) مشابه مرکز کنترل MCC است. شینه زمین LCC به طور جداگانه به نقطه صفر ولت متصل می‌شود.
- سیستم‌های PLC: شینه‌های زمینی هستند که به یک گروه خاص از تجهیزات ابزاردقیق اختصاص داده می‌شوند، مانند تجهیزات درون یک تابلو PLC. سپس این شینه‌ها به یک شینه زمین ابزاردقیق تمیز متصل می‌شوند.
- میله SE: همبندی اسکلت سازه است که مستقیما به نقطه صفر ولت وصل می‌شود.
در مقاله زیر در مورد مفهوم زمین تمیز و زمین کثیف به‌طور مفصل بحث شده است.
انواع زمین در تأسیسات
شکل ۳ یک سیستم زمین ایده‌آل، هرچند اغلب غیرمتداول، را نشان می‌دهد. زمانی که یک سیستم مانیتورینگ در سایت نصب و به سیستم زمین کارخانه متصل می‌شود، معمولاً اجرای سیستم زمین کارخانه با آنچه در شکل ۳ نشان داده شده، مطابقت ندارد. اگر سیستم مانیتورینگ نزدیک دستگاهی که تحت نظارت است نصب شود، ممکن است اتصالات ناخواسته‌ای بین زمین‌های تمیز و کثیف در کارخانه ایجاد شود. اگر سیستم مانیتورینگ در اتاق کنترل قرار داشته باشد، معمولاً ایجاد سیستم زمین مشابه شکل ۳ که با اعمال تغییراتی جزئی یک زمین تمیز را فراهم کند، آسان‌تر است.
هر بحثی درباره سیستم زمین، ناگزیر به بحث در مورد انواع مختلف زمین‌ها و تعاریف مربوط به آن‌ها منجر می‌شود. سیستم‌های زمین در صنعت فرآیند (Process) را می‌توان به‌طورکلی، به دو دسته کثیف یا تمیز طبقه‌بندی کرد.
برق اصلی و تجهیزات بزرگ/ زمین کثیف
زمین‌های کثیف درون تأسیسات معمولاً زمین‌های برقی ۱۲۰، ۲۲۰ یا ۴۸۰ ولت AC هستند که با سوئیچینگ جریان‌های بالا مانند مرکز کنترل موتور (MCC)، روشنایی (LCC)، مدارهای توزیع برق، یا مسیرهای زمین آلوده به فرکانس‌های رادیویی یا دیگر تداخلات الکترومغناطیسی مرتبط هستند. اغلب، برق AC اولیه که وارد کارخانه می‌شود، می‌تواند باعث افزایش و کاهش ناگهانی ولتاژ (Spike/Surge) یا افت مقطعی ولتاژ (Brownout) شود که می‌تواند تمیزی زمین AC را بیشتر کاهش دهد.
زمین‌های ابزاردقیق/تمیز
نمونه‌هایی از زمین‌های تمیز شامل زمین‌های DC (معمولاً ۲۴ ولت DC) هستند که مرجع ولتاژ برای سیستم‌های DCS ،PLC و سیستم‌های اندازه‌گیری در کارخانه‌ها به شمار می‌روند. مهندسان سیستم‌های مانیتورینگ و جمع‌آوری داده (SCADA) توصیه می‌کنند که این زمین‌ها از زمین‌های الکتریکی دیگر جدا شوند. دیگر زمین‌های تمیز شامل زمین‌هایی هستند که با گذرگاه‌های داده و سیستم‌های ارتباطی مرتبطند و به دلیل آسیب‌پذیری بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی، باید تا حد امکان از نویز و تداخل‌ها دور نگه داشته شوند تا از خطر از دست دادن داده‌ها یا اختلالات ارتباطی جلوگیری شود.
زمین‌های سازه‌ای
زمین‌های سازه‌ای به صورت فیزیکی و الکتریکی تأسیسات را به هم متصل می‌کنند و از همه مهم‌تر، مسیر جریان مدار را به مرجع صفر ولت (0V) یا زمین ترانسفورماتور توزیع برق منتهی می‌کنند. زمین‌های سازه‌ای می‌توانند اشکال مختلفی داشته باشند. در یک کشتی، بدنه کشتی نقش زمین را ایفا می‌کند؛ و در یک سکوی نفت یا گاز دریایی، این زمین، سازه فولادی سکو است. در کارخانه‌های پتروشیمی یا داروسازی بزرگ، اغلب یک شبکه یا مش زمین در زیر کارخانه نصب می‌شود، یا اسکلت فولادی سازه ساختمان خود به‌عنوان زمین الکتریکی صفر ولت (0V) عمل می‌کند.
در کارخانه‌های معمولی، مرجع زمین صفر ولت، اغلب یک هادی ضخیم مسی است که در اطراف پایه ساختمان قرار داده شده و به میله‌های زمین در گوشه‌های سازه و همچنین به اتصالات زمین AC در نقاط حساس متصل شده است. این زمین مسی نه تنها مرجع صفر ولت برای سیستم الکتریکی کارخانه را ایجاد می‌کند، بلکه می‌تواند بخشی از یک سیستم حفاظت صاعقه از نوع قفس فارادی باشد.
اتصال زمین ستاره‌ای/زمین تک‌نقطه‌ای
نمودار توزیع AC در شکل ۴ نشان می‌دهد که تمام زیرسیستم‌های موجود در کارخانه اعم از ابزاردقیق، ارتباطات، کامپیوترها، سیستم‌های کنترل و سیستم توزیع AC به یک سیستم زمین منفرد متصل هستند. این روش به‌عنوان زمین «نقطه ستاره‌ای» شناخته می‌شود. در صورت اجرای درست این سیستم، هادی زمین هر زیرسیستم تا حد امکان کوتاه در نظر گرفته شده و فقط در یک نقطه به نقطه‌ی ستاره متصل می‌شود.
باید از اتصال هادی‌های متعدد از یک زیرسیستم به شینه زمین اجتناب شود؛ زیرا می‌تواند به بروز خطاهایی درون زیرسیستم منجر شود. این اتفاق به این دلیل رخ می‌دهد که هر مسیر به‌طور ذاتی مقاومت متفاوتی دارد و مقاومت‌های متفاوت به زمین، طبق قانون اهم، مراجع ولتاژ متفاوتی در زیرسیستم ایجاد می‌کند.
اگر از زمین نقطه ستاره‌ای استفاده نشود، سیستم نسبت نوسانات گذرا آسیب‌پذیرتر بوده و همچنین قابلیت اعتماد سیستم کاهش می‌یابد. این مسئله می‌تواند باعث ایجاد خطا در خوانش سیگنال‌ها ابزاردقیق، آلارم‌های نادرست یا عدم جمع‌آوری داده‌های ارزشمند مربوط به عملکرد ماشین‌آلات شود.
ملاحظات اجرای سیستم زمین
تمام زمین‌ها در یک کارخانه باید در یک نقطه در کارخانه به هم متصل شوند. مسیرهای سیم‌کشی به آن نقطه بر اساس سطح سیگنالی که هادی زمین حمل می‌کند، جدا می‌شوند.
اطمینان از نصب مناسب سیستم مانیتورینگ
اجرای سیستم زمین زمانی که سیستم مانیتورینگ روی ماشین‌آلات نصب شده و از اتاق کنترل دور است، باعث ایجاد چالش می‌شود. معمولاً برگرداندن هادی زمین به یک مرجع تمیز گزینه مقرون‌به‌صرفه‌ای به شمار نمی‌رود و ممکن است در کارخانه‌ها سیستم مانیتورینگ را به نزدیک‌ترین زمین موجود متصل کنند که اغلب یک زمین کثیف است. این زمین معمولاً مربوط به ماشین‌آلات کارخانه است که پتانسیل بیشتری برای تأثیرپذیری از گذراها و نویز را دارند. اتاق کنترل اغلب دارای یک شبکه یا مش (Mat) زمین مختص خود است که یک نقطه مرجع صفر ولت کم‌نویز فراهم می‌کند.
ایجاد اتصال مؤثر
بیشتر آسیب‌های ناشی از صاعقه به تجهیزات الکترونیکی زمانی رخ می‌دهد که یک تأسیسات از مراجع زمین متعددی استفاده می‌کند که به‌صورت هدفمند و مؤثر به هم متصل نشده‌اند. همبندی مناسب الکترودهای زمین می‌تواند افت ولتاژ بین آن‌ها را کاهش داده و یک مجموعه‌ای هم‌پتانسیل در داخل تأسیسات ایجاد کند که این امر باعث افزایش ایمنی پرسنل می‌شود.
به‌عنوان مثال، عدم اتصال بین الکترود سیستم الکتریکی و الکترود سیستم ارتباطات ممکن است منجر به آسیب به مودم‌ها، دستگاه‌های شبکه تلفن و تجهیزات دیگر در شرایط صاعقه و خطاهای سیستم شود.
یکی از سناریوهای رایجی که ممکن است رخ دهد، بروز مشکل ارتباطی میان سیستم مانیتورینگ در یک ساختمان با یک سیستم DCS در ساختمان دیگر است. کابل‌کشی بین ساختمان‌ها دو ناحیه خطر را ایجاد می‌کند. خطر اول زمانی رخ می‌دهد که دو ساختمان به منابع برق متفاوت متصل هستند و سیستم‌های زمین جداگانه‌ای دارند. این سیستم‌های زمین جداگانه می‌توانند باعث ورود جریان‌های حلقه زمین در کابل‌کشی و بروز مشکلات نویز و تداخل شود. خطر دوم آسیب‌پذیری در برابر تداخل یا آسیب ناشی از صاعقه است. این آسیب‌ها چه به دلیل تخلیه الکتریکی بین ابرها و چه ناشی از برخورد صاعقه به زمین باشد، زمانی که خطوط سیگنال یا داده از یک ساختمان خارج شوند، به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد. در درون ساختمان، عواملی مانند قفس فارادی ساختمان، سازه فولادی، پوشش‌های فلزی، و موارد مشابه، تجهیزات موجود درون ساختمان ایزوله و محافظت می‌کند. کابل‌کشی بین ساختمان‌ها مسیر نفوذ به این عوامل محافظ را فراهم کرده و به منبعی برای ایجاد تداخل یا آسیب احتمالی از طریق ولتاژ القا‌شده در کابل‌ها تبدیل می‌شود. همچنین، اگر یک صاعقه مستقیماً به یکی از سیستم‌های محافظ صاعقه ساختمان برخورد کند، پتانسیل زمین آن ساختمان ممکن است به ولتاژ بسیار بالایی برسد که باعث هدایت جریان زمین به ساختمان دیگر می‌شود.
یک رویکرد برای جلوگیری از این مشکل این است که شبکه‌های زمین دو ساختمان به هم متصل شوند و کابل‌کشی در لوله‌های فلزی زمین‌شده بین دو ساختمان نصب شود. با این حال، به دلیل هزینه بالای نصب، این کار به‌ندرت انجام می‌شود.
استفاده از کابل فیبر نوری برای خطوط داده، راه‌حلی مؤثر برای اجتناب از این مشکلات است. با این حال، خطوط سیگنال مسی در اکثریت قریب‌به‌اتفاق تأسیسات استفاده می‌شوند. این خطوط می‌توانند به‌وسیله استفاده از ایزولاتورهای محافظ در برابر ولتاژ گذرا، مانند ایزولاتورهای نوری یا ترانسی و نصب مناسب برق‌گیرها محافظت شوند.
تکنیک‌های شیلدینگ صحیح
یک شیلد شناور که در هیچ‌کدام از دو انتها زمین نشده باشد، می‌تواند به اندازه شیلدی که در هر دو انتها متصل است و حلقه زمین ایجاد کرده است، باعث ایجاد نویز شود. در این حالتِ زمین‌نشده، شلید می‌تواند به‌عنوان آنتن برای سیگنال‌های سوئیچینگ عمل کرده و این سیگنال‌های سوئیچینگ به‌صورت خازنی با هادی‌های انتقال دیتا جفت شده و اثرات سوئیچینگ را منتقل کنند. این نویز وارد سیستم‌های مانیتورینگ شده و بر خوانش سیگنال‌های دیتا تأثیر می‌گذارد.
یک سیم شیلد باید مانند سیم سیگنال یک ترانسدیوسر مورد در نظر گرفته شود. این سیم باید عایق‌بندی شده، از سایر رساناها ایزوله شده، و فقط در یک نقطه در سمت سیستم مانیتورینگ به زمین متصل شود. تجربه نشان داده است که محافظت نامناسب احتمالاً بزرگ‌ترین عامل ایجاد حلقه‌های زمین در یک سیستم مانیتورینگ است.
تنها زمانی که یک هادی زمین باید جریان قابل‌توجهی را عبور دهد، هنگام وقوع اتصال کوتاه یا برخورد صاعقه است.
کاهش کوپلینگ ناخواسته
کابل‌های سیگنال نصب‌شده در سطح فیلد (میدان) باید تا حد امکان از کابل‌ها و لوله‌های برق قدرت جدا شوند. این کار کوپلینگ ناخواسته بین دو مدار را کاهش می‌دهد. برای کاهش مشکلات کوپلینگِ نویز زمانی که یک مدار از دیگری عبور می‌کند، سعی کنید سیم‌ها را طوری هدایت کنید که با زاویه قائمه از روی هم عبور کنند.
مثالی از سیم‌کشی درست یک تجهیز فیلد
مثالی از سیم‌کشی نادرست یک تجهیز فیلد
شکل ۶ نشان می‌دهد که چگونه زمانی که دو یا چند نقطه در سیستم مانیتورینگ در مکان‌های مختلف و احتمالاً با پتانسیل‌های متفاوت به زمین متصل می‌شوند، حلقه زمین تشکیل می‌شود. این اختلاف پتانسیل باعث می‌شود که یک جریان ناخواسته در حلقه زمین جاری شود و نویز به سیستم منتقل شود. همچنین، این تفاوت در ولتاژ مرجع، بر سطح نویز اندازه‌گیری‌شده تأثیر می‌گذارد. جریان جاری در حلقه شامل مؤلفه‌های AC و DC است. هر حلقه به‌عنوان یک القا‌کننده یا آنتن برای میدان‌های مغناطیسی عمل می‌کند و این حلقه‌های جریان به‌طور القایی بر مسیر سیگنال مانیتور اثر می‌گذارند. اندازه حلقه زمین، تعیین‌کننده دامنه فرکانس‌هایی است که سیستم نسبت به آن‌ها حساس خواهد بود.
جمع‌بندی
اجرای نادرست سیستم زمین در محیط‌های صنعتی، علاوه بر پایین آوردن سطح ایمنی پرسنل، می‌تواند باعث آسیب جدی به تجهیزات شود. در این میان، تجهیزاتی و سیستم‌هایی که دارای بخش‌های الکترونیکی هستند، آسیب‌پذیری بیشتری در برابر مشکلات ناشی از ارتینگ نادرست دارند. تجهیزات ابزاردقیق از مهمترین اجزای سیستم‌های اتوماسیون هستند که به شدت در برابر آسیب‌های الکتریکی حساس هستند. در این مقاله در مورد نحوه صحیح زمین کردن تجهیزات در سطح فیلد هرم اتوماسیون که بیشتر تجهیزات ابزاردقیق در آن نصب می‌شوند، نکات کاربردی را ارائه کردیم و با دو مثال، زمین کردن درست و نادرست را برای این تجهیزات شرح دادیم.
سوالات متداول
زمین حفاظتی یک مسیر امن برای عبور جریان‌های ناخواسته به زمین ایجاد می‌کند تا از آسیب به افراد و تجهیزات جلوگیری کند؛ اما زمین عملیاتی وظیفه تأمین یک ولتاژ مرجع برای سیگنال‌های کنترلی و ارتباطی را بر عهده دارد.
از جمله مشکلات رایج در نبود ارت عملیاتی، اشتباه در خوانش مقادیر سنسورها، وجود نویز در سیگنال‌های کنترلی و اختلال در شبکه ارتباطی سیستم اتوماسیون هستند.
زمین تجهیزات الکتریکی سنگین مانند موتورهای الکتریکی و سیستم‌های روشنایی ممکن است حاوی جریان‌های ناخواسته و اختلالات الکتریکی باشد که ممکن است به تجهیزات حساس آسیب زده یا در عملکرد آن‌ها اشکال ایجاد کند. برای همین مسیر زمین این تجهیزات باید جدا باشد.
