电气接地探讨(很全面)---控制系统与通信系列

1、接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。    PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。    此外，屏

2、蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。在一次控制柜装配完毕后上电检查，发现指示灯220V有微亮现象，当时以为线接错了，后来差线知道没有问题，测量电压，此指示灯有约110V电压，考虑这些，认为是电源线地线问题

3、，将电源及控制柜地线进行基本接地后现象基本消除。对于 控制的地，我建议 严格按照规范来，单独接地。单点接地。尤其是ET200 这类DP站的 DP电缆的屏蔽地。否则经常会引起大面积的烧通讯口事件。尤其在电厂。很多时候，地就是零，零就是地。控制这类弱电的地要单独接。不能跟电气 强电的地混接。例如DP电缆的地，AI，AO模块的信号参考地，CPU 直流开关电源的地，最好都接在一起，单独接 弱电地（仪表地）。曾发生过就地控制柜 直接跟外部的金属设备壳体直接连接。那些设备直接跟大地连接，而强电的地也跟大地直接连接，更晕的是&#

4、160;电焊工过来修设备时，焊把线 直接跟旁边的金属设备的支柱连接做地，于是发生了，惨不忍睹的，烧了3个 ET200M的DP口的事故。DP通讯的接地也很重要啊，不过很多人都忽视了，呵呵。通常我们认为将DP通讯电缆的屏蔽层压接在DP接头的接地端就OK了，实际不然，此时的地是通过DP通讯接口接地，一旦我们将DP接头从通讯口拔下来时，就变成浮地了，在插拔DP接头的时候很可能将DP通讯口烧掉。曾经碰到过这样一种现象，希望大家对以后的系统中接地有所重视！1.设备状况：现场ET200箱有2套扩展机架。但分别属于不同的系统，也可以说分别属于2个CPU；ET200箱中只有一个保护接地铜排；

5、工作地与保护地接到一起，即保留ET200M上的PE与M的连接片；2.问题出现：虽然2个ET200的扩展机架将接地连接到同一个接地排上，但只有一组ET200扩展机架通讯正常；另一个扩展机架通讯不上；3.原因：由于2个CPU的地没有接到一起，且与ET200扩展机架的接地不同，导致ET200M扩展机架的电位与CPU的电位有差异，影响通讯；4.解决办法：将所有控制系统的工作地统一。仪表类弱电的地 还是我们老生常谈的那2个作用。1.抑制干扰。本来是要把干扰电流，谐波电压 传递给能吸收电荷的“地”类参考物去，使得自己的 地 是接近于真正的 地，0电位，但是

6、假如你接的 地排上本来就有电流，这下子可就晕了，信号跳动是难免的。因为你的地 已经不是“地”了或者讲，你这时候的地 针对你要连接的仪表，PLC而言，不是合格的地了。2.保护作用。电气类设备 强电的地 主要是壳体接地，防治触电的作用相对更大一些。但是弱电类设备 做好自己合格的接地 同时保证强电 做好自己合格的地。也是有很明显的保护作用的，典型的就是防治设备损坏。我们常用的设备，很多耐压才几十V。即便是 ESD 指标高达上千V的，瞬间的高压冲击，还是可能会使得其废掉。例如电焊机的电流，瞬间很大，地排

7、固然是能消除的，但是在电焊机起弧的瞬间，没法保证 地排上没电流。这时候不是 PLC 信号准不准的问题，是PLC的部分设备还能不能“活”下来的问题。所以，我们弱电类的地是单独的，在直接接入大地之前，不跟任何的强电设备的 地 粘在一起的话。即便是 起弧时地线上的电流未能及时传递给大地，也不至于传递给 PLC，仪表，通讯口 这类脆弱的设备的地线上去。可以起到响应的保护作用。3.等电位参考最主要的是 让 PLC 要连接的设备 的参考地电位统一，在同一个水平线上。这样，外部设备的

8、60;电位变化 才能真实的传递到 PLC中来有个现场，流量传感器的信号一直 跳变。而且4条管路上的4个流量计都跳变。怀疑旁边的，变压器，变频器等干扰源。将PLC 柜的地 跟外部的地排断开-外部的地排统一过来的，接着变频柜，还连接着变压器的外壳。但是不起作用。现场的仪表显示盘的数值却很稳定。最逗的是现场其实还有很多的信号隔离器的。也没见信号稳定，仪表的屏蔽线 到信号隔离器的PE段也是接着的，最后只是把 所有隔离器的 PE端统一接到 地排上，信号就稳定了，-注意，这时候，柜子整个的 地排 

9、还没有跟 外部的接地母排连接就是说我的这个柜子 的总地是 浮空的，但是内部所有的地都是接在一起的，只是实现了等电位连接，信号就OK了。现场调试遇到的接地问题供大家一块分享(原创)现场有块用来调节配料皮带秤的仪表与ET200M通过两根两芯屏蔽电缆传送4-20mA信号，分别用于皮带秤的料量给定和瞬时流量反馈,并且信号线屏蔽层已做好接地,现场带料手动启动皮带秤,在皮带秤仪表上显示稳定的瞬时流量,但通过仪表输出的瞬时流量4-20mA信号到ET200M的AI模板却是不稳定的,波动较大。通过经验判断，这种情况大多数因干扰所致用电流表测量4-20mA信号，也是不稳定的，最初怀疑

10、信号线接地没有处理好，重新将信号线屏蔽做了接地后，问题依然存在，这没有问题，那么问题出在ET200M模板上，检查模板的接地和配线均没有问题，索性将模板也更换了，还是不行，有点晕了，莫非皮带秤仪表有问题，随后现从生产线上拆下来一块仪表给换上，哈哈，应该没问题了吧！结果事与愿违，问题还是没有解决，这回彻底晕了，不知道从何入手了。第二天，又到现场，这次改变以前的思路，既然是干扰，干扰电压又是多少呢，是不是有交流电窜进来，带着这些疑问用万用表测了一下信号线的对地电压是交流50多伏，将仪表断电后，干扰电压消失，问题还是出在仪表上，用一根临时线将仪表外壳和地线连在一起，一切问题全解决了。后来才发现仪表的三

11、孔电源插头的地线，厂家配盘时没有和地线连接画个图。说明一下，在外壳有“麻电”感（设备未接地），如何保证USS通讯正常。我认为：要给用户的设备，首先应该做到这点。设备外壳即便有感应电压，仍可正常控制。因为，去掉外壳感应电压是一件容易的事情。反之，一套设备必须“接地”才能正常运转，总是留有“隐患”。- 电气成套方面的处理（低压、电机）电器成套主要使用的是强电设备，抗干扰能力不一样的，我一般是通过分类，分成两大类，一类是抗干扰能力强的，一类是抗干扰能力弱的，抗干扰能力弱的和强的分别放在不同的柜子里面，并且柜体单独接地，形成电磁场屏蔽保护。- 控制系统的处理（PLC、人机界面、I/O信号、E

12、T200） 控制系统一般分为强电和弱电（220V以及220V以上的为强电），强电弱电能分开的尽量分开，实在分不开的就要屏蔽；同时为了保证信号的稳定，交流直流信号的0电势点也要分开单独接地；弱电的模拟量信号都使用屏蔽线，屏蔽层单独接地；同时为了保证人身安全，操作台的外壳和屏蔽层一起接地。用户人员将主电源配电箱中某个器件进行操作时造成火线与零线短接，由于我们有良好的接地系统，不过由于我们柜内跨接的接地线比较细承受不了如此的“过载”，最终我们主电源地线幸存，我们柜间地线互联线牺牲。/quote这样太危险了。如果电源有漏电保护开关应该损失会小点的。对于屏蔽信号电缆接地,如果是高频干扰时,屏蔽

13、层一端接地,如果是低频干扰时,两端接地效果好一点.对接地的认识也是一个受教训的过程。早期只是强调安全接地，这只是为了保护人生安全。电机，电控柜等的外壳接地，模拟信号的屏蔽层接地主要是为了防静电干扰。随着变频器的大量应用，高频干扰增加，使通讯口经常烧毁，使我们不得不反思其原因。经过多次的比较，我们还是采用在控制室墙外直接打地桩效果很好。要求接地桩至少是6根以上的50×50的角钢，打入地下3米，并灌入盐水，组成一个接地网，再焊在一起用50mm2的导线接到控制柜上的接地铜排。所有的现场接地都接在上面。包括现场的操作位，都用不小于10mm2导线接地。通过以上处理，近几年以来，有10来条生产线

14、在使用，没有发现通讯干扰问题。接地不能去除所有的干扰，但是尽可能的做到等电位。只要等电位做好，也就不可能再烧毁通信口了。深度要求在永久性潮土壤以下30cm，。金属板的材料通常为铜板，也可分为铁板或钢板。 不是埋在地里就完事了，还要有化学降阻处理：调配降阻剂、浇灌降阻剂等。它用在土壤层超过3m厚的地方。金属棒的材料为钢或铜，直径一般应为15mm以上。为防止腐蚀、增大接触面积并承受打击力，地桩通常采用较粗的镀锌钢管。 你也可以使用金属棒作地桩，其形成的地阻主要与金属棒的长度和土壤情况有关，受直径的影响不大。金属棒的长度一般选择3m以上。由于单根接地桩接地电阻较大，在实际使用中常

15、将多根接地桩连成环形或网格形，每两根地桩间的距离一般要大于地桩长度的2倍。先说一个现场吧：我是半路被派到现场的，刚去的时候，发现压力表的数据不稳定，查看了一下，发现控制柜内没有接地，虽然有线，但是处于悬空状态。于是查看压力表侧，将屏线缆的蔽层在压力表侧连接到设备（金属储罐），压力的读数稳定了。可是随着设备调试，又遇到了问题，现场有几台变频器，用的是PROFIBUS通讯控制，在同一条总线上，还有另外一个厂家的智能控制器，所有设备都连接上之后，变频器时常发生在运行过程中报警停机，根据报警信息是通讯方面的问题。几经尝试，开始怀疑是2种设备之间存在不兼容问题，也就是怀疑可能是智能控制器对变频器有干扰。

16、但是又觉得不是主要问题，也没有仪器可以检测，于是将问题重点放在干扰的处理上。既然系统内没有地线可用，于是在室外用金属打了一个地桩，然后接了一条电缆进来，又在柜内做了细致的处理，将所有模块、仪表、设备的信号地点，以及PLC系统的0V点，仪表线缆的屏蔽层，柜子的壳体等等，通通连接到一起，用接进来的地线，逐个柜子对壳体做了连接，同时将先前压力表在设备端的接地断开。经过测试和实际使用，问题都解决了。实际上，个人认为，如果现场能够处理好信号的接地，就是说有一条单独的、可靠的接地线用，就将所有涉及到的地方都接进来。如果不能的话，就干脆都悬空。在处理接地以抗干扰的时候，有时是要防止某个/某些设备的线路不好，

17、将干扰源带到了系统中而影响了其它的仪表。从干扰来说，实际上包含2个方面，一方面是该设备对外界的干扰，一方面是防止外界的干扰。设备种类多了的时候，很难保证这些设备能力都一样。所以有时候可以去曲线救国，将这些仪表、设备分类，比如我前面说的问题，实际上我做过一个测试，又增加了一块CP342-5，将原来的一条PROFIBUS总线，分成了2条，分别连接变频器和智能控制器，实际证明，同样可以解决问题。还有一个例子就是我刚刚处理的现场，变频器动力线和控制线施工时被放到了一起，而控制线中涉及到了我的24V电源，这样只要变频器一运行起来，干扰信号直接干扰了我的24V电源质量，从而将线路上根本不挨边的模拟量电路影

18、响了。而用数字表根本测不出24V有什么问题。经过多次试验，最后我将该控制电缆涉及到的24V电源部分，包含不可分割的模块部分的24V电源用另外一个24V电源供电，测试OK了。单位因为一汽轮风机漏油起火,把现场一些转速、振动探头、前置器烧毁，后更换重新启机。风机正常转速7900，停机转速8250，但是升速到7200多的时候就停机了，开了三次都是这样，高炉可等着要送风啊，影响生产。后来再开机，拿转速仪到现场测转速，发现跟计算机的转速大很多，转速越大，相差也越大，这又什么原因呢？探头线性有问题？换了还是一样。前置器有问题，换了问题依旧。PEAK150参数又没有更改，问题出在哪里呢？问题肯定出在现场，因

19、为，机放这一块没有动过啊！后来一想，可能是屏蔽的问题，有干扰，导致信号不正常。顺这一查，发现，从前置器到PEAK150的电缆屏蔽线没有接好！重新仔细接过好，开机，一切正常！   就一屏蔽线没有接好，可影响生产好几个小时啊，而且现场可是40+的高温啊！以下是我在考技师时写的论文，请大家提出宝贵的意见PLC控制系统的干扰与措施摘要：PLC控制系统的干扰将直接影响测量与控制精度，干扰严重导致失真与误动作，提高抗干扰能力，能有效的提高PLC控制系统的安全运行。关键词：干扰源  接地干扰  措施  正确接地

20、0;             随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛,PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键,自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中,要提高PLC控制系统可靠性，必须在工程设计，安装施工和使用维护中引起高度重视，有效提高抗干扰能力，对干扰的大体形成和抗干扰分

21、四方面说明。一、电磁干扰源及对系统的干扰影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，如开关操作浪涌，大型设备的启停，交直流传动装置引起的谐波，电网短路引起暂态冲击，和空间的辐射电磁场（EMI）雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的干扰，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。 按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成,这种共模干扰可为直流

22、、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，直接叠加在信号上，影响测量与控制精度。         二、接地系统混乱时的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出

23、现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路,若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机，模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。 三、主要抗干扰措施 采用在线式不间断供电电源（UPS）供电，提高供电的安全可靠性,并且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种PLC控制系统的理想电源。 为了减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆，应采用铜铠装屏蔽电力电缆，降低动力线

24、产生的电磁干扰。不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敖设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠近平行敖设，以减少电磁干扰。 四、正确选择接地点，完善接地系统接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式，集中布置的PLC系统适于并联一点接地方式，各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极，如果装置间距较大，应采用串联一点接地方式，用一根大截面铜母线（或绝缘电缆）连接各装置的柜体中心接地点，然后将接地母线直接

25、连接接地极，接地线采用截面大于22mm2的铜导线，总母线使用截面大于60mm2的铜排，接地极的接地电阻小于2，接地极最好埋在距建筑物10  15m远处，而且PLC系统接地点必须与强电设备接地点相距10m以上。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地，不接地时，应在PLC侧接地，信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地，多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接点。          &#

26、160;               结束语:PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，才能够使PLC控制系统正常工作。 由于历史遗留问题，国内很多现场的环境是非常糟糕的，最主要的问题往往是现场没有良好的接地线，常常是地零合一，在安全和干扰上造成困扰。我接触过的进口设备和仪器在安装条件上都提出了要求：独立的、良好的接地线，对地电阻不小于4欧姆。但是在很多单位都难以做到这一

27、点。我曾经在一家研究所调试一台设备，主机是S7-200，四路模拟量处理；其中两路是高阻或弱信号传感器，均作了隔离。在本部调试时一切正常；可是一到现场高阻一路总是溢出。拿回本部还是正常。后来了解到，该单位附近有个电台，而且供电系统的所谓地线实际上是与零线共在一起。后来在我方的一再要求下，重新打了接地桩；我们也调整了内部的共地点，扯了几个月的问题才算解决。接地是解决EMC问题的最主要的手段之一，在工控和日常生活都有着广泛的应用:1.接地和接零应该是两个概念，不可混为一谈，如果N线断路，N线将带电，这一点大家应该都知道，这种情况下如果把N线和地线接到一起，地线也将带电，这种情况下地线不但没有起到保护

28、的作用，反而充当了最大的干扰源，成了罪魁祸首；2.家用电器接地也至关重要，一是为了防止漏电（尽管有漏电保护开关）使电器外壳或其他部件带电，二是为了防止感应电使外壳或其他部件带电，若没有接地，极有可能对人身造成伤害，尤其是对抵抗力弱的老人和小孩，我家房子装修时我特意嘱咐了水电师傅不要忘了布地线的_3.我前段时间做ABB ACS550变频器（共7台）和CP342-5的PROFIBUS-DP网络时就遇到接地干扰问题，现象如下：供电电源为一三相插座从墙上插孔引线，只接了三根相线没有接地线，单台变频器连接都没有什么问题,用CP342-5连时只能连接上3台，仅有一次连接上了4台；用CPU315-

29、2DP连接时可以连接上5台且较为稳定，但剩下2台无论如何都连接不上，因为当时电柜是放在木脚架上的，没有固定在地上，试图找过很多方面的原因，变频器的参数也设置了N多次，我也想过接地方面的问题，只是不是很相信，最后没有办法重新引了一条地线（2.5mm2)，问题全部得到了解决，怎么连接都没有问题了，这次事件对我教训很大；接地不好引起的问题很多,我个人在处理时就有几个小例子拿来与大家谈论一下.1.PLC为S7-300,315CPU与五台MM440,两台6RA70和三个子站组成的DP网,在操作台什么开关不动时,PLC运行正常,变频器一启动,PLC死机,之后自动启动正常,不能正常生产,在"静态&

30、quot;时诊断,一切正常,找了好久没有找到原因,最近查屏蔽,把所有的子站,包括变频器的通信线各个用2.5MM的线分别在不同地方接近,之后正常.这是应叫多点接近了吧.2.一系统为四个子站,7台70变频器,其中一个子站一投入运行,其余三个子站立即停车.该子站直接连PLC的CPU,换了N多个连接器,通信线,后来还是用上面的多点不同地接地处理好的.问题解决了,但是由于那里引起的却没有找到.3.现在有一问题至今天没有解决,就是2中说的系统,也是那个子站,只要那个子站停电,最后一个子站,则与PLC连的一个变频器就报F082通信故障.不停电一切正常.只要停电,送电后,则必须复位才能正常.还望大家说说自己的

31、看法.说明一点,现在该子站两端均接地,通信线检查了,好的,就是与PLC远点,只是I/O信号.接地的讨论在这几日我又看到了热点的升华。从中真正的学到了很多以前没有真正理解的道理。楼上YMING大侠的分析讲解更加透彻，可以说从理论结合实际分析了电磁干扰。当前的控制系统很难回避电磁干扰以及各种干扰源。因在布线时大多涉及到强电与弱电共存，从布线角度来说尽可能信号线采用屏蔽电缆走线方式回避与强电接触。回避干扰源。在特殊设备应用中采用双绞线来抗干扰或单独走一根铁管做全面屏蔽在应用当中我也的确用过。效果还是不错的。只是为安装增加了工作量。如：一次我们应用一种专机设备，采用大功率变频器。其干扰程度对其他信号线产生了很大的干扰。在实在没办法的情况下，我们将变频器单独取出放在一个专用控制柜内。其走线全部采用屏蔽单独走线。终于消除了干扰。如：做一专用缠绕设备，系统840D采用温度控制加热器。但是温