s7-300 plc是西門子產(chǎn)品應(yīng)用最多的plc，由于西門子其他系列的plc系統(tǒng)的特性與s7-300 plc產(chǎn)品均類似，因此介紹的plc接地規(guī)范適用于所有plc系列。
1、西門子s7-300 plc系統(tǒng)接地的總原則
對于plc及控制系統(tǒng)整體的供電及接地的要求，主要有以下幾點(diǎn)原則：
①系統(tǒng)主回路采用三相五線制供電，主回路須增加相應(yīng)的開關(guān)及保護(hù)裝置。
②負(fù)載電源從主回路供電中取電，如果是多個負(fù)載電源，則應(yīng)按照負(fù)載均衡的原則進(jìn)行分配。
③負(fù)載側(cè)電源，無論是直流還是交流，均應(yīng)增加短路和過載保護(hù)。
④系統(tǒng)接地電阻不大于4歐姆。
⑤機(jī)柜中的接地母線與系統(tǒng)的pe線相連。
⑥機(jī)柜的外殼、設(shè)備安裝背板均應(yīng)保證通過金屬部件連接在一起，并與接地母線相連。
⑦設(shè)備安裝背板應(yīng)考慮emc特性（例如采用鍍鋅板）。
⑧系統(tǒng)中的電氣設(shè)備的pe端子應(yīng)與接地母線相連，并保證就近相連以及連接電纜盡量粗、盡量短的原則。
⑨應(yīng)注意柜內(nèi)電氣設(shè)備的其他接地要求。
關(guān)于這些原則，請參考西門子s7-300 plc的供電及接地原理圖，如圖1所示。
圖1 西門子plc系統(tǒng)供電、接地原理圖
說明：1為主令開關(guān)；2為短路和過載保護(hù)；3為負(fù)載電流源（電氣隔離）；4為接地導(dǎo)體的可拆卸連接，用于定位接地故障；5為cpu（非cpu 31×c）的接地滑動觸點(diǎn)。
2、西門子s7-300 plc系統(tǒng)的接地規(guī)范
①電源模板(ps307)的接地要求
對于電源模板，供電均采用ac220v/120v電源（電源需要連接pe線）。電源模板輸出為cpu及模板提供dc24v電源，如圖2所示。
圖2 ps電源和cpu連接示意圖
說明：1為電源電纜上的電纜夾；2為ps電源和cpu連接電纜；3為可拆卸的電源連接器
注意： 如果將m和l+端子的極性接反，則cpu的內(nèi)部熔絲便會熔斷。始終將電源模塊的m和l+端子與cpu的這兩個端子互連。
②cpu的接地連接
a、cpu 31×接參考地電位
在西門子s7-300的cpu的電源端子處，插著一個滑動金屬片，將該滑動金屬推進(jìn)去時，dc24v的m端將通過該滑動金屬片與cpu的安裝導(dǎo)軌相連，通過導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)接地，所有從m來的干擾電流都可以被釋放至接地導(dǎo)線/地，如圖3所示。
圖3 cpu 31×的接地參考接地示意圖（默認(rèn)狀態(tài)）
說明：1為處于接地狀態(tài)的接地滑動觸點(diǎn)；2為內(nèi)部cpu的接地電位；3為裝配導(dǎo)軌
默認(rèn)情況下，滑動金屬片都是推進(jìn)去的。當(dāng)安裝具有接地參考電位的s7-300時，不要拔出接地滑動觸點(diǎn)。實(shí)際設(shè)備中如圖4所示。
圖4 cpu上的滑動金屬片未拔出
b、cpu 31×浮地系統(tǒng)
如果系統(tǒng)的“地”不干凈，或希望將系統(tǒng)做出浮地的，則可以將該金屬滑動片撬出，此時m和導(dǎo)軌分開，系統(tǒng)與“地”是不直接相連的，而是通過rc回路進(jìn)行隔離連接的。如圖5所示。
圖5 cpu 31×的未接地參考電位示意
說明：1為cpu中創(chuàng)建未接地參考電位 用大口3.5mm的螺絲刀順箭頭方向往前推動接地滑動觸點(diǎn)；2為內(nèi)部cpu的接地電位；3為裝配導(dǎo)軌。
注意： 應(yīng)在導(dǎo)軌上安裝設(shè)備之前首先設(shè)置未接地參考電位。如果已經(jīng)安裝并且用導(dǎo)線連接了cpu，則在拔出接地滑動觸點(diǎn)之前可能不得不斷開mpi接口。實(shí)際設(shè)備中如圖6所示。
圖6 拔出cpu上的金屬滑動片
③i/o模板的接地要求
a、數(shù)字量模板
s7-300系列的數(shù)字量輸入/輸出模板并不需要特殊額外的接地處理，只是對于提高系統(tǒng)emc特性來講，需注意以下幾點(diǎn)：
◆ 數(shù)字量輸入/輸出的導(dǎo)線長度要求：1000m屏蔽線，600m非屏蔽線。
◆ 屏蔽電纜處理屏蔽層時用金屬夾夾住編織帶屏蔽層。保證大面積的接觸屏蔽層，并提供適當(dāng)?shù)慕佑|壓力。圖7顯示了使用電纜夾安
裝屏蔽電纜的幾種處理方式。
圖7 電纜夾安裝屏蔽電纜示意圖
實(shí)際的安裝可參考圖8所示。
圖8 屏蔽層通過電纜夾卡在柜內(nèi)接地排上
而數(shù)字量輸出模塊有時需進(jìn)行抑制保護(hù)。但由于s7-300數(shù)字輸出模塊內(nèi)部集成了浪涌抑制器，因此對于電感設(shè)備來講，僅在下列情況之下才需要附加的浪涌抑制設(shè)備：
◆ simatic輸出回路可以用外部的設(shè)備(如繼電器觸點(diǎn))來切斷；
◆ 如果感性負(fù)載不由simatic模塊控制。
a、dc線圈
采用二極管或齊納二極管可以抑制直流電源驅(qū)動的線圈所產(chǎn)生的浪涌電壓，如圖9所示。
圖9 dc線圈的浪涌抑制
圖10是直流接觸器上增加續(xù)流二極管的實(shí)際應(yīng)用。
圖10 直流接觸器上的續(xù)流二極管
用二極管或齊納二極管作抑制器具有下列特點(diǎn)：
◆ 可避免開關(guān)動作時產(chǎn)生的過電壓，齊納二極管有較高的關(guān)斷電壓；
◆ 提高了關(guān)斷延遲時間（比沒有抑制器時高出6-9倍）。由齊納二極管組成的抑制器的關(guān)斷比二極管抑制器快。
b、ac線圈
用壓敏電阻或rc網(wǎng)絡(luò)可抑制以ac電源驅(qū)動的線包所產(chǎn)生的浪涌電壓，如圖11所示。
圖11 ac線圈的浪涌抑制
圖12是交流接觸器上增加壓敏電阻和rc回路的實(shí)際應(yīng)用。
圖12 交流接觸器上的續(xù)流回路（壓敏電阻和rc回路）
用壓敏電阻作抑制器具有下列特點(diǎn)：
◆ 開關(guān)時的過電壓的幅度可以被限制，但不能衰減；
◆ 浪涌電壓陡峭的上升沿仍保持不變；
◆ 關(guān)斷延時短；
◆ 另外，壓敏電阻有電壓幅值的要求(一般是高于正常工作電壓的10%)，不能長時間的過壓，否則有可能損壞。
用rc回路作抑制器具有下列特點(diǎn)：
◆ 開關(guān)時的過電壓的幅度和陡峭的上升沿都被降低；
◆ 關(guān)斷延時短。
b、模擬量模板的接地要求：
a、模擬量信號電纜的一般要求：
◆ 模擬量信號線采用屏蔽電纜；
◆ 模擬量信號線盡量短，其中模擬量輸入最長200m屏蔽線；若電壓范圍≤80mv且使用熱電偶時，最長50m（熱電偶模塊最長80m）；模擬量輸出最長200米屏蔽線。
◆ 屏蔽層做接地處理，建議采用屏蔽線一端接地，并在模板側(cè)單端接地。模擬量線的屏蔽層的接地方法，如圖5所示。
b、電氣隔離模擬量輸入模塊
電氣隔離模擬量輸入模塊在測量電路的參考點(diǎn)(mana和/或m-)和cpu/im 153的m端子間存在任何電位差viso的風(fēng)險，請務(wù)必使用信號隔離器swp9034a模塊。
通過cpu/im153的m和端子mana之間的等電位互聯(lián)，可以避免電位差viso超過限制值。
這里分為幾種情況：
情況i：將電氣隔離傳感器連接到電氣隔離模擬量模板，可以在接地模式或未接地模式操作cpu/im 153，如圖13所示。
圖13 將電氣隔離傳感器連接到電氣隔離ai
在emc干擾強(qiáng)烈的環(huán)境中，建議將m-和mana連接，以防超出cmv的限制值。對于vcm≤2.5v的模擬量模塊，必須將m-和mana互連(推薦連接處)。
vcm不得超過允許的電位差ucm(共模)。vcm故障可存在于
◆ 測量輸入(m+/m-)和測量電路的參考電位mana之間
◆ 在測量輸入之間。
情況ⅱ：將電氣隔離傳感器連接到非電氣隔離模擬量模板。可以在接地模式或未接地模式下操作cpu/im 153，如圖14所示。
圖14 將電氣隔離傳感器連接到非電氣隔離ai
注意：連線并連接2線制傳感器和電阻型傳感器時，切勿將m-和mana互連。在m-和mana互連處生成均衡電流，并破壞測量值。
c、非隔離模擬量輸入模塊
非隔離傳感器與本地接地電位互連。使用非隔離傳感器時，請務(wù)必始終將mana和本地接地點(diǎn)互連。
當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件或干擾都有可能引起本地分布的測量點(diǎn)之間的電位差vcm(靜態(tài)或動態(tài))。如果超出vcm的最大值，請用等電位導(dǎo)線連接各測量點(diǎn)。
情況i：將非隔離傳感器連接到電氣隔離模擬量模板。將非隔離傳感器連接到電氣隔離模塊時，可在接地模式或未接地模式下操作cpu/im 153，如圖15所示。
圖15 將非隔離傳感器連接到電氣隔離ai
情況ⅱ：將1非隔離傳感器連接到非隔離模擬量模板。如果將非隔離傳感器連接到非隔離模塊，請務(wù)必在接地模式下操作cpu/im 153，如圖16所示。
圖16 將非隔離傳感器連接到非電氣隔離ai
注意：不得將非隔離二線制傳感器/電阻傳感器連接到非隔離模擬量輸入!
d、模擬量輸出模板的連線及接地處理
對于模擬量輸出模板與負(fù)載之間的連線，與模擬量輸入的處理方法類似，這里不再詳細(xì)介紹，僅給出相應(yīng)的圖例及說明。
情況?。簩?線負(fù)載連接到電氣隔離模塊的電壓輸出。采用4線負(fù)載電路可獲得更高的精度。對s-和s+傳感器線路直接接線并連接到負(fù)載。這樣即可直接測量和修正負(fù)載電壓。干擾和電壓突降可能會在檢測線路s-和模擬電路mana的參考回路同產(chǎn)生電位差。此電位差不得超過設(shè)定的限制值。任何超過限制值的電位差都會對模擬信號的精度產(chǎn)生不利影響，如圖17所示。
圖17 負(fù)載到電氣隔離模擬量輸出模塊電壓輸出的4線制連接
情況ⅱ：將2線制負(fù)載接線到非隔離模塊的電壓輸出。將負(fù)載連接到qv端子和測量電路mana的參考點(diǎn)，如圖18所示。在前連接器中，將端子s+互連到qv，將端子s-互連到mana；2線制電路不提供線路阻抗的補(bǔ)償。
圖18 負(fù)載到非隔離模擬量模塊電壓輸出的2線制連接
情況ⅲ：電流型輸出。
◆ 將負(fù)載連接到電氣隔離模塊的電流輸出，如圖19所示。
圖19 將負(fù)載連接到電氣隔離模擬量輸出模塊的電流輸出
◆ 將負(fù)載連接到非隔離模擬量輸出模塊的電流輸出，如圖20所示。
圖20 將負(fù)載連接到非電氣隔離模擬量輸出模塊的電流輸出
e、接地電纜的要求
對于plc系統(tǒng)，常用電纜的線徑和布線要求如下：
要求i：使用正確的導(dǎo)線確保線徑適合承載所需的電流，電源和cpu的接線條件見表1
表1 電源和cpu的接線條件
前連接器的接線條件見表2
表2 前連接器的接線條件
要求ⅱ：系統(tǒng)布線分組（高壓/電源/信號/數(shù)據(jù)電纜），用單獨(dú)的管道或單獨(dú)的電纜束來布放高壓、信號或數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)電纜和低壓電纜與其他電纜的布置要求見表3。
表3 數(shù)據(jù)電纜和低壓電纜與其他電纜的布置要求
中壓電纜和其他電纜的布置要求見表4
表4 中壓電纜和其他電纜的布置要求
大于400v電壓電纜和其他電纜的布置要求見表5
表4 大于400v電壓電纜和其他電纜的布置要求
要求ⅲ：所有地線應(yīng)盡可能地短且應(yīng)使用大線徑。例如：最小直徑為10mm2。保護(hù)導(dǎo)體連接導(dǎo)軌接線如圖如21所示。
圖21 保護(hù)導(dǎo)體連接導(dǎo)軌連接示意圖
實(shí)際安裝如圖22所示。
圖22 現(xiàn)場安裝的導(dǎo)軌接地
注意： 請始終確保保護(hù)導(dǎo)體和導(dǎo)軌之間的低阻抗連接。可通過以下方法達(dá)到此目的：使用低阻抗電纜，盡可能地縮短該電纜的長度，使用較大的接觸表面積。