PLC系统的供电与接地分析

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    大家有没有遇到这样的现象：plc CPU运行好好的突然停掉了，可能所有的灯全闪烁，PC连不上CPU,所有与CPU的通信都中断了，重新启动后又可以正常运行了，但是所有的过程数据丢失，可是运行一段时间又会出现同样的问题。 CPU恢复后查看诊断缓冲区，提示CPU进入故障（DEFECT）模式。那么什么原因触发CPU进入故障模式呢？可能有多种原因，这里我们只讨论干扰造成的原因。
     有的CPU安装在电气室，环境总体还可以，干扰从哪里来？我们先看一下手册中推荐的接地馈电系统图，以S7-1500为例，参考图1。

图1

    推荐CPU/IM的电源M端接地，因为所有电源的M端接地会减少各个独立单元之间的电位差，这也是我们常说的等电位连接。那么M端连接到哪里去了？M端与系统的逻辑地在内部是连通的，可以参考图2。

图2

    这样就可以知道了，如果接地系统不好，直接会影响到CPU系统的逻辑地，造成CPU进入故障模式。这种情况下M端如果浮地效果会好吗？如果是一个独立的系统（多个系统需要等电位连接，还要看看其它系统的要求），效果应该好。除此之外，需要注意系统内部的干扰也会串进CPU的逻辑地上，这样的情况比较多，例如CPU电源与控制回路的电源相同，控制回路带有感性负载，例如继电器和电磁阀线圈等，看一下输出的接线图，参考图3.

图3

    M端为公共端，连接负载的一端，这些负载在断开时放电，干扰的电压既有幅值又有频率，直接对CPU的逻辑地进行冲击，参考图4.

图4

    如果这种情况下接地可以避免吗？效果不好，因为频率高了，接地导线的感抗非常大，干扰信号不容易快速释放，如果输出关断频率高，M端的电压会累积到一个非常高的水平，相当倒一盆水，还没有排放完，第二盆水又来了。这种情况下必须在负载端使用释放回路，例如RC回路或者二极管等。
    如果控制电源与CPU电源分开可以吗，当然好，但是如果进行等电位连接即两个电源的M端连接，负载上没有释放回路，干扰会串进来就没有效果了，所以负载回路安装释放元件是必须的。如果CPU浮地安装，还需要考虑，与其他站点的通信（Profibus、Profinet）就会有问题（如果不使用一个电源）。也可以使用PS给CPU供电，负载使用其它电源，这样CPU的逻辑地就与外部隔离了，参考图5，效果好但是价格稍高点。所以系统的供电与接地还需要设计者自己考虑了。

图5

注意：
本文仅代表作者自己的分析观点。由于技术的局限性，分析的观点可能会有错误，欢迎大家指正。
本文转载自：西门子工业技术论坛

王栋春

还有一种可能是干扰过大造成的