电气接地探讨(很全面)---控制系统与通信系列要点

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，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；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、ET200）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。

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，将干扰源带到了系统中而影响了其它的仪表。