单点接地选型避坑指南 测了五款信号地线方案告诉你哪种最稳

被测者我实际测试过西门子S7 – 1200, 还有模拟量采集模块, 曾经历过地环路致使信号出现跳变30%的状况, 新手只要依照步骤一步步去进行操作, 便能够轻松躲开这类常见的问题。

为啥信号老跳变？先得搞懂单点接地的核心逻辑

单点接地选型时的头一个大坑之处, 便是不区分场合胡乱去接。有个现场我遇到, 当变频器启动之后, 4至20mA信号径直飙升到22mA, 经过三天查找才发觉是接地环路造成的。单点接地球的关键要点是使所有信号的地电位参考点达成统一, 规避因不同设备之间的地电位差进而产生干扰电流。

步骤一：判断你的系统到底适不适合单点接地

来先瞧一瞧工作频率 , 在那种信号频率比1MHz低的场景之下 , 就像温变 , 还有压力变送器 , 以及PLC模拟量输入这些情况 , 单点接地属于是最优的解决办法了。其操作方式相当的简单:

1. 查找系统里, 功率最为小的那个信号源 , 像是4至20mA变送器的电源负极。

2. 选用这个点当作仅有的参考地, 借助黄绿双色线将其引至接地排。

3. 其他的, 全部设备的地线, 无法形成一个闭环, 都一定要以星形的方式, 连接到这个特定的点。

【新手需防】极为常见之报错: 以万用表测量地线电阻为0欧, 不过信号依旧跳动。缘由在于你采用了多点接地 , 像PLC机柜外壳连接了大地 , 变送器外壳也连接了大地 , 两个接地点之间存在电势差 , 进而形成地环路电流。迅速的解决方式: 拆除变送器外壳的接地线 , 仅保留信号地。

高频场景下到底选星形接地还是网格接地？

我是在吃了大亏之后, 才把这个问题搞明白的, 当时过早地去做一台60kW的变频柜, 而低压信号以及功率地都完全走星形, 在变频器运行之后, 编码器信号就立刻丢失脉冲了。

步骤二：根据工作频率选择接地拓扑

低频信号（<100kHz） 必须用星形单点接地：

1. 寻得系统的0V参考点, 一般而言, 是PLC模拟量模块的M端, 又或者是24V电源的COM端。

2. 选用 4 平方毫米及以上的铜线, 从 0V 点引出, 连接到独立的接地母线排。

3. 所有模拟量信号的屏蔽层唯独只能有一端接地, 并且要接在母线排之上,所有数字量信号的屏蔽层同样唯独只能有一端接地, 还得接在母线排之上。

高频信号（大于1兆赫兹）的情形下, 或者处于大功率变频环境里, 星形接地转而会出现问题。长的引线会生成寄生电感, 高频干扰径直串进来。此时变更为网格多点接地: 各块电路板运用最短的接地线连接到最近的机壳地, 机壳接着经由铜网格联结到总接地点。

新手需避坑, 最大的报错现象为, 使用星形接地之后, 高频脉冲干扰却反倒变大了。核心的原因是, 信号地引线太长, 超过了波长的二十分之一, 变成为天线辐射。快速的解决办法是, 引线长度控制于 15cm 以内, 要是做不到, 就换宽铜箔来代替圆导线。

关键参数推荐值：接地电阻到底要小于多少欧？

经实际测量得出, 工业现场模拟量信号的单点接地电阻推荐数值是, 小于0.5欧。其理由十分简单 , 假定信号电流为20mA , 当接地电阻为0.5欧时会产生10mV压降 , 这样的量级对于12位ADC模拟量模块而言就是大约4个码字的跳动。在现场进行过实际测量 , 当接地电阻从1.2欧降低到0.4欧时 , 信号波动直接从±8个字下降到±1个字。

步骤三：实操测量与验证接地质量

1. 于系统处于断电的状态之时, 借助接地电阻测试仪（比如说Fluke 1625这种）, 去测量那参考地至大地此间的电阻。

2. 使接地棒的打入深度降低, 或者让接地极数量增多, 直至读数小于0.5欧。

3. 在接通电源之后, 通过使用示波器探头, 将其地线夹在信号地参考点之上, 进而测量其相对于大地之间的交流纹波情况, 这个交流纹波的值应当是小于10mVpp的。

有着这样一种情况, 新手需要避开的坑中, 常见的报错是, 接地电阻仪测量出来的数值为0.3欧, 然而信号依旧会跳动, 其原因在于, 你所测量的是直流电阻, 且现场存在着工频干扰, 有快速的解决办法, 就是运用示波器的DC耦合档去测量信号地与大地之间的情况, 查看是否存在50Hz的交流分量。我曾遭逢一个实例, 检测时发觉35Vpp的那种工频存在干扰现象——原来是近旁一台电焊机在开展作业, 随后, 为处理该问题, 把信号地单独牵拉了一根规格为16平方的铜线, 将其穿于钢管之中, 再埋入地下1.5米深处方才得以解决。

这套方法不灵的时候咋办？别硬扛

倘若你的现场属于变频器与伺服以及 PLC 混装的柜子, 并且信号线需要穿过功率电缆桥架的长度超过 10 米, 那么单点接地或许压制不住干扰。在这种情形下不要固执坚持, 去尝试信号隔离器——选择磁隔离类型的, 其输入输出之间的耐压为壹仟伍佰伏, 能够直接切断地环路。替代方案的成本大概每个回路总共增加四百到六百块钱, 不过却可以把信号波动从百分之十几降低到千分之一以内。进行实测, 是在60kW变频器邻近的地方去测压力传感器, 在使用隔离器以后, 信号波动从原本的15%下降到了0.3%, 如此确实省心好多。