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电气系统的接地


在实际电气控制系统中,接地是抑制干扰使系统可靠工作的主要方法.在设计和施工安装中如能把接地和屏蔽正确地结合起来使用,可以抑制来自工业现场的大部分干扰,也有利于提高控制系统运行的可靠性.



1         正确的接地方法


接地设计有两个基本目的:消除各电路电流流经公共地线阻抗时所产生的噪声电压和避免磁场与电位差的影响,使其不形成地环路.如果接地方式不好就会形成环路,造成噪声耦合.正确接地是重要而又复杂的问题,理想的情况是一个系统的所有接地点与大地之间阻抗为零,但这是不可能做到的.实际接地中总存在着连接阻抗和分散电容,所以如果地线不佳或接地点不当,都会影响接地质量.为保证接地质量,一般接地过程中要求如下.

1)      接地电阻在要求的范围内.对于由PLC组成的控制系统一般应小于4Ω.

2)      接地系统要保证有足够的机械强度.

3)      接地系统要经防腐处理,能耐腐蚀.

4)      在整个工厂中,控制系统要单独设计接地.在上述要求中,后3条只要按规定设计、施工就可满足要求.关键是第1条的接地电阻.降低电阻的主要方法是增加接地棒数量并同时设法降低地面的固有电阻ρ.在埋设接地棒的施工中,如果将土、水和盐按1∶0.2∶(0.2~0.1)的比例混合埋在接地棒周围,则可降低接地电阻约1/10.另外,尽量减少接地导线长度以降低接地线的阻抗.



2         各种不同接地的处理


除了正确进行接地设计、安装,还要正确进行各种不同信号的接地处理.控制系统中,大致有以下几种地线.

1)      数字地:也叫逻辑地,是各种开关量(数字量)信号的零电位.

2)      模拟地:是各种模拟量信号的零电位.

3)      信号地:通常为传感器的地.

4)      交流地:交流供电电源的地线,这种地通常是产生噪声的地.

5)      直流地:直流供电电源的地.

6)      屏蔽地:也叫机壳地,为防止静电感应和磁场感应而设.

以上这些地线处理是系统设计、安装、调试中的一个重要问题.下面就接地问题提出一些看法.

1)         控制系统宜采用一点接地.一般情况下,高频电路应就近多点接地,低频电路应一点接地.在低频电路中,布线和元件间的电感并不是什么大问题,然而接地形成的环路的干扰影响很大,因此,常以一点作为接地点;但一点接地不适用于高频,因为高频时,地线上具有电感因而增加了地线阻抗,同时各地线之间又产生电感耦合.一般来说,频率在1MHz以下,可用一点接地;高于10MHz时,采用多点接地;在1~10MHz之间可用一点接地,也可用多点接地.

2)         交流地与信号地不能共用.由于在一段电源地线的两点间会有数mV甚至几V电压,对低电平信号电路来说,这是一个非常重要的干扰,因此必须加以隔离和防止.

3)         浮地与接地的比较.全机浮空即系统各个部分与大地浮置起来,这种方法简单,但整个系统与大地绝缘电阻不能小于50MΩ.这种方法具有一定的抗干扰能力,但一旦绝缘下降就会带来干扰.还有一种方法,就是将机壳接地,其余部分浮空.这种方法抗干扰能力强,安全可靠,但实现起来比较复杂.

4)         模拟地.模拟地的接法十分重要.为了提高抗共模干扰能力,对于模拟信号可采用屏蔽浮技术.对于具体模拟量信号的接地处理要严格按照操作手册上的要求设计.

5)         屏蔽地.在控制系统中为了减少信号中电容耦合噪声、准确检测和控制,对信号采用屏蔽措施是十分必要的.根据屏蔽目的不同,屏蔽地的接法也不一样.电场屏蔽解决分布电容问题,一般接大地;电磁场屏蔽主要避免雷达、电台等高频电磁场辐射干扰.利用低阻金属材料高导流而制成,可接大地.磁场屏蔽用以防磁铁、电机、变压器、线圈等磁感应,其屏蔽方法是用高导磁材料使磁路闭合,一般接大地为好.当信号电路是一点接地时,低频电缆的屏蔽层也应一点接地.如果电缆的屏蔽层地点有一个以上时,将产生噪声电流,形成噪声干扰源.当一个电路有一个不接地的信号源与系统中接地的放大器相连时,输入端的屏蔽应接至放大器的公共端;相反,当接地的信号源与系统中不接地的放大器相连时,放大器的输入端也应接到信号源的公共端.



对于电气系统的接地,要按接地的要求和目的分类,不能将不同类接地简单地、任意地连接在一起,而是要分成若干独立的接地子系统,每个子系统都有其共同的接地点或接地干线,最后才连接在一起,实行总接地.