在實際電氣控制系統(tǒng)中,接地是抑制干擾使系統(tǒng)可靠工作的主要方法.在設計和施工安裝中如能把接地和屏蔽正確地結合起來使用,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)運行的可靠性.

1 正確的接地方法


接地設計有兩個基本目的: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雜的問題,理想的情況是一個系統(tǒng)的所有接地點與大地之間阻抗為零,但這是不可能做到的.實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不當,都會影響接地質量.為保證接地質量,一般接地過程中要求如下.

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

2)接地系統(tǒng)要保證有足夠的機械強度.

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)要單獨設計接地.在上述要求中,后3條只要按規(guī)定設計、施工就可滿足要求.關鍵是第1條的接地電阻.降低電阻的主要方法是增加接地棒數(shù)量并同時設法降低地面的固有電阻ρ.在埋設接地棒的施工中,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


除了正確進行接地設計、安裝,還要正確進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:也叫機殼地,為防止靜電感應和磁場感應而設.

以上這些地線處理是系統(tǒng)設計、安裝、調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)宜采用一點接地.一般情況下,高頻電路應就近多點接地,低頻電路應一點接地.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,常以一點作為接地點;但一點接地不適用于高頻,因為高頻時,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,可用一點接地;高于10MHz時,采用多點接地;在1~10MHz之間可用一點接地,也可用多點接地.

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,就是將機殼接地,其余部分浮空.這種方法抗干擾能力強,安全可靠,但實現(xiàn)起來比較復雜.

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.對于具體模擬量信號的接地處理要嚴格按照操作手冊上的要求設計.

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、電臺等高頻電磁場輻射干擾.利用低阻金屬材料高導流而制成,可接大地.磁場屏蔽用以防磁鐵、電機、變壓器、線圈等磁感應,其屏蔽方法是用高導磁材料使磁路閉合,一般接大地為好.當信號電路是一點接地時,低頻電纜的屏蔽層也應一點接地.如果電纜的屏蔽層地點有一個以上時,將產(chǎn)生噪聲電流,形成噪聲干擾源.當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,輸入端的屏蔽應接至放大器的公共端;相反,當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,而是要分成若干獨立的接地子系統(tǒng),每個子系統(tǒng)都有其共同的接地點或接地干線,最后才連接在一起,實行總接地.