在實(shí)際電氣控制系統(tǒng)中,接地是抑制干擾使系統(tǒng)可靠工作的主要方法.在設(shè)計和施工安裝中如能把接地和屏蔽正確地結(jié)合起來使用,可以抑制來自工業(yè)現(xiàn)場的大部分干擾,也有利于提高控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性.

1 正確的接地方法


接地設(shè)計有兩個基本目的:消除各電路電流流經(jīng)公共地線阻抗時所產(chǎn)生的噪聲電壓和避免磁場與電位差的影響,使其不形成地環(huán)路.如果接地方式不好就會形成環(huán)路,造成噪聲耦合.正確接地是重要而又復(fù)雜的問題,理想的情況是一個系統(tǒng)的所有接地點(diǎn)與大地之間阻抗為零,但這是不可能做到的.實(shí)際接地中總存在著連接阻抗和分散電容,所以如果地線不佳或接地點(diǎn)不當(dāng),都會影響接地質(zhì)量.為保證接地質(zhì)量,一般接地過程中要求如下.

1)接地電阻在要求的范圍內(nèi).對于由PLC組成的控制系統(tǒng)一般應(yīng)小于4Ω.

2)接地系統(tǒng)要保證有足夠的機(jī)械強(qiáng)度.

3)接地系統(tǒng)要經(jīng)防腐處理,能耐腐蝕.

4)在整個工廠中,控制系統(tǒng)要單獨(dú)設(shè)計接地.在上述要求中,后3條只要按規(guī)定設(shè)計、施工就可滿足要求.關(guān)鍵是第1條的接地電阻.降低電阻的主要方法是增加接地棒數(shù)量并同時設(shè)法降低地面的固有電阻ρ.在埋設(shè)接地棒的施工中,如果將土、水和鹽按1∶0.2∶(0.2~0.1)的比例混合埋在接地棒周圍,則可降低接地電阻約1/10.另外,盡量減少接地導(dǎo)線長度以降低接地線的阻抗.



2 各種不同接地的處理


除了正確進(jìn)行接地設(shè)計、安裝,還要正確進(jìn)行各種不同信號的接地處理.控制系統(tǒng)中,大致有以下幾種地線.

1)數(shù)字地:也叫邏輯地,是各種開關(guān)量(數(shù)字量)信號的零電位.

2)模擬地:是各種模擬量信號的零電位.

3)信號地:通常為傳感器的地.

4)交流地:交流供電電源的地線,這種地通常是產(chǎn)生噪聲的地.

5)直流地:直流供電電源的地.

6)屏蔽地:也叫機(jī)殼地,為防止靜電感應(yīng)和磁場感應(yīng)而設(shè).

以上這些地線處理是系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試中的一個重要問題.下面就接地問題提出一些看法.

1) 控制系統(tǒng)宜采用一點(diǎn)接地.一般情況下,高頻電路應(yīng)就近多點(diǎn)接地,低頻電路應(yīng)一點(diǎn)接地.在低頻電路中,布線和元件間的電感并不是什么大問題,然而接地形成的環(huán)路的干擾影響很大,因此,常以一點(diǎn)作為接地點(diǎn);但一點(diǎn)接地不適用于高頻,因?yàn)楦哳l時,地線上具有電感因而增加了地線阻抗,同時各地線之間又產(chǎn)生電感耦合.一般來說,頻率在1MHz以下,可用一點(diǎn)接地;高于10MHz時,采用多點(diǎn)接地;在1~10MHz之間可用一點(diǎn)接地,也可用多點(diǎn)接地.

2) 交流地與信號地不能共用.由于在一段電源地線的兩點(diǎn)間會有數(shù)mV甚至幾V電壓,對低電平信號電路來說,這是一個非常重要的干擾,因此必須加以隔離和防止.

3) 浮地與接地的比較.全機(jī)浮空即系統(tǒng)各個部分與大地浮置起來,這種方法簡單,但整個系統(tǒng)與大地絕緣電阻不能小于50MΩ.這種方法具有一定的抗干擾能力,但一旦絕緣下降就會帶來干擾.還有一種方法,就是將機(jī)殼接地,其余部分浮空.這種方法抗干擾能力強(qiáng),安全可靠,但實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜.

4) 模擬地.模擬地的接法十分重要.為了提高抗共模干擾能力,對于模擬信號可采用屏蔽浮技術(shù).對于具體模擬量信號的接地處理要嚴(yán)格按照操作手冊上的要求設(shè)計.

5) 屏蔽地.在控制系統(tǒng)中為了減少信號中電容耦合噪聲、準(zhǔn)確檢測和控制,對信號采用屏蔽措施是十分必要的.根據(jù)屏蔽目的不同,屏蔽地的接法也不一樣.電場屏蔽解決分布電容問題,一般接大地;電磁場屏蔽主要避免雷達(dá)、電臺等高頻電磁場輻射干擾.利用低阻金屬材料高導(dǎo)流而制成,可接大地.磁場屏蔽用以防磁鐵、電機(jī)、變壓器、線圈等磁感應(yīng),其屏蔽方法是用高導(dǎo)磁材料使磁路閉合,一般接大地為好.當(dāng)信號電路是一點(diǎn)接地時,低頻電纜的屏蔽層也應(yīng)一點(diǎn)接地.如果電纜的屏蔽層地點(diǎn)有一個以上時,將產(chǎn)生噪聲電流,形成噪聲干擾源.當(dāng)一個電路有一個不接地的信號源與系統(tǒng)中接地的放大器相連時,輸入端的屏蔽應(yīng)接至放大器的公共端;相反,當(dāng)接地的信號源與系統(tǒng)中不接地的放大器相連時,放大器的輸入端也應(yīng)接到信號源的公共端.



對于電氣系統(tǒng)的接地,要按接地的要求和目的分類,不能將不同類接地簡單地、任意地連接在一起,而是要分成若干獨(dú)立的接地子系統(tǒng),每個子系統(tǒng)都有其共同的接地點(diǎn)或接地干線,最后才連接在一起,實(shí)行總接地.