可编程序控制器和计算机的接地系统包括有信号地、电源地和安全保护地, 此外在信号传输线路、动力和信号电缆上需要有屏蔽地。以上几种接地系统都是要连接到大地下面, 其主要作用是:为信号提供一个标准零电位;消除金属外壳上感应电压或分布电容储存的电量;吸收微小的漏电或消除地域距离差别引起的静电电势等。因此, 实时系统中的接地是抑制干扰, 保护系统安全运行的重要方法。在个人计算机和控制自动化的计算机系统开始出现前, 流行的设计是为它们专门接地。因为当时, 电能传输系统对接地要求并不严格, 关键一条指标即接地电阻为4Ω, 实际为4Ω~10Ω左右。计算机开始使用于工业自动化控制后, 由经验和教训得到对工业用计算机接地电阻应小于2Ω。因此, 以前在供电、接地和干扰技术中, 系统全浮空, 计算机电源和保护地与信号地分开, 各自独立接地是较长时间内受人注意的一种接地方法。随着可编程序控制器问世, 其一个重要特点就是它的I/O接口和外界有极强的隔离安全工艺。
修建一个好的地线网有如下要求:地线网用四根或三根接地棒正方形或正三角形埋设, 接地棒长L, 两接地棒间隔距离为2r, 接地棒为空心管状, 内外添入土、水和盐, 并深埋于地面以下, 几根接地棒之间用钢排、铜线连接牢固, 连接时设置一个接线铜排。从原始铜排上引出一次接地线。接地棒和一次接地线敷设完毕后, 在接地末端测量接地电阻应小于2Ω。地面固有电阻为ρ时接地电阻大致上符合公式:
机房和用电现场关键地域设置集中接地铜排, 从地线网引出 (A) 型铜导线到中央控制室, 各个机房。在那里安装一个PEB铜排, 并将其绝缘地挂于工作场所。从房间PEB铜排, 以放射状连接, 用 (B) 型铜导线接入各个机框。 (B) 型铜导线截面积为53.5mm2~55mm2。如果机框较小或铜导线直接连接至可编程序控制器的外挂式、集成式模块, (B) 型铜导线截面积可视情况改变。图中的PE就是每台机架、机框, 可编程序控制器, 用电, 用地线的统一接地点, 它可以以放射状与每个用地线的连接点连接。对于 (A) 型线和 (B) 型线, 要保证缆线的钢性, 不可折断。
可编程序控制器系统和用电系统是单独接地还是分开接地, 标志着可编程序控制器技术发展的水平。以前计算机和可编程序控制器强调本身隔离和信号浮空。可编程序控制器系统要单独接地, 即自己另外作一套接地系统。而现在可编程序控制器技术允许直接就地供电。对于三相四线制电路中的N和PE, 当可编程序控制器系统接地后几乎不能把它们分开。实例和理论中所说的统一接地, 实际上是力求电源接地水平达到可编程序控制器要求的同一水平。
对具体的接地处理而言:
在可编程序控制器为核心的控制系统中, 有多种接地方法, 每种接地线汇于一个理论上的“点”, 这是信息零电位基础。为了安全使用可编程序控制器, 应区别以下几种接地方法。
数字地, 也称逻辑地, 是各种开关信号, 数字信号的零电位。
模拟地, 是模拟信号的零电位, 它也是模拟信号精密电源的零电位, 它的“零”是十分严格的电平。
信号地, 通常是指一般传感器的地。
交流地, 交流供电电源N线, 他通常又是产生噪音的主要地方。
直流电, 它是直流电源标准电压起点在非浮空的直流电源下, 就把它作为地线进行接地连接。
屏蔽地, 一般为防止静电、磁场感应而设置的外壳或金属丝网, 为了消除外壳或金属丝网上储存的电荷, 专门使用铜导线将外壳或金属丝网连接到地壳中去。
保护地, 一般指机器、设备外壳或装在机械与设备内的独立器件的外壳, 外壳要与其内部绝缘, 外壳接地用以保护人身安全和防护设备电能的漏失, 因此保护地必须是良好的接地。
在工程安装阶段, 要很好地连接上述各种接地线, 在安装电源和配置好地线之后, 可编程序控制器才进入通电与调试, 它一般遵循下列几个原则。
就一点接地和多点接地的一般情况而言, 高频电路应该就近多点接地, 低频电路应该一点接地。低频电路中, 布线和元件间的电磁很小, 而多点接地时, 回地环流过多会产生干扰。因此, 低频电路中经常使用一点统一对外接地。在高频电路中, 地线上具有电感, 因而增加了接地电阻, 同时各地线之间可能产生电磁耦合。一般情况下接地方式与频率有关, 当频率低于1HZ时可以一点接地;高于10MHz时采用多点接地;在1MHz~10MHz之间时, 采用那种接地应视情况而定。
交流地和信号地不能共同用同一载体。交流电源在传输时, 在相当一段间隔的电源导线上, 会有几个毫伏、甚至几个伏特的电压, 它称为跨步电压。低电平信号的传输, 要求沿路电平均为零。为防止交流电对低电平信号的干扰, 在直流信号的导线上要求加隔离屏蔽层, 另外不允许信号源与交流电共同使用一根地线。
将屏蔽地、保护地各自独立地接到接地铜排上, 不应当将其和电源地、信号地在其它任意地方扭在一起。在控制系统中, 为了减少信号的电容耦合噪音, 一般采用了多种屏蔽措施。对于像雷达、电台这类高频辐射的干扰, 可以用金属丝网作为屏蔽, 即用电阻低的金属丝网或外壳套在关键部位上。对于纯防磁的现场, 例如防止强磁铁、变压器、大电机的磁场耦合, 可以采用高导磁材料作外罩, 使磁回路闭合, 再将外罩接入大地, 保护地常用一点接地。
模拟信号地和屏蔽地、模拟地的接法也是十分重要的, 每个商家在提供可编程序控制器的模板时, 都有许多严格的连接方法规则。包括信号配线、外壳屏蔽、浮地、传输电缆使用的型号、芯截面积、电源供应等。当可编程序控制器系统应用的范围较大时, 要求避免将模拟量信号做长距离的传输, 需要使用较多的模拟量模板时, 力争把每块模板布置到距离现场较近的扩展机箱上去;一些独立功能, 例如集中温度监视、存储筒仓的料位监视、电子秤计量, 常常设计为独立的专用系统来处理模拟量信息。在数字控制的集散系统DCS中, 常常使用配置仪表、变送器来解决模拟量信号输入的采集和传输、模拟量输出信号的长距离传输。
综上所述, 接地系统在可编程序控制器系统中的重要性。对于建设单位在施工和调试中要注意系统接地中的一些细节和问题, 以确保可编程序控制器系统的安全可靠运行。
摘要：接地系统在自动化控制系统中是一个不可忽视的重点。它对系统是否能够安全运行以及信号能否正确传输起着不可小视的作用。本文就可编程序控制器中的接地问题, 说明一些在电气施工和调试中应注意的事项。希望能够为将来可编程序控制器系统的施工和调试工作带来一些方便。
关键词：可编程序控制器 (PLC) ,接地系统,接地处理
参考文献
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