西门子S7-400 PLC系统的接地

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西门子S7-400 plc与S7-300 PLC类似，因此在接地方面的要求也与S7-300 PLC接地有很多都相同之处，在此仅对S7-400 PLC独有的特性进行说明。

1、S7-400 PLC系统的接地总览
S7-400 PLC系统的供电是通过电源模板和背板总线实现的，这与S7-300 PLC系统有所区别。P5407电源模板从供电系统取电(例如L1、N、PE)，然后给背板总线提供DC24V和DC5V电源，从而进一步给机架上的其他模板内部芯片提供电源。机架导轨、参考位M
和机柜均与机柜内的接地母线连接，最后与TN-S供电系统的PE连接，如图1所示。

图1   具有接地电源的S7-400 PLC系统

2、西门子S7-400 PLC系统的接地规范
①电源模板的接地要求
S7-400 PLC电源模板(PS407)连接到供电电源上时需使用专用的电源连接器(插头)，如图2所示。

图2   电源连接器连线示意图
注意：应将PE线进行连接。

②S7-400 PLC的CPU的接地连接
A、具有参考接地电位(0V)
如果系统已有参考接地电位方式构成的，则任何扰动电流都被释放到大地中去。

在S7-400 PLC的安装底板的最左侧，有一个金属连接片，同时左下角还有一个接地端子。正常情况下，将接地端子接地后，系统通过金属连接片实现了系统内部参考电位M(0V)通过金属连接片进行接地，如图3所示。

图3  具有参考接地电位的S7-400 PLC结构

实物如图4所示。默认情况下，S7-400 PLC系统均采用该接地方式。

图4  S7-400 PLC安装底板上的金属短接片

B、没有参考接地电位(浮地方式)
如果在一个大型设备中，需要对地线的故障进行监测(例如在化学工业或者在电站项目中，常有这样的要求)，则需要将S7-400 PLC系统采用浮地的方式，此时须将金属片拆除。

在浮地系统中，由于底板上参考接地电位M和“地”之间的金属片被拆掉，此时S7-400 PLC的参考电位M是通过RC网络后才接大地接地端的。此时将左下角的接地端子进行接地处理后，可以通过RC回路释放扰动电流，并可避免静电荷的产生，如图5所示。

图5  没有参考接地电位的S7-400 PLC结构

实物如图6所示。

图6  S7-400 PLC安装底板上的金属短接片被拆掉

如果系统只希望在CR处与整个设备相连接，则此时各个ER都是以浮地的方式处理。(例如：如果一个ER是通过具有5V电源连接的IM连接到CR的，则该ER必须浮地)。

PG如果连接到一个浮地的S7-400 PLC系统时，必须通过下个RS-485中继器来连接。

C、系统中存在隔离模板
如果S7-400 PLC系统中存在隔离的模板，则系统的参考电位(0V内部)和外部的负载电路的参考电位(0V外部)是隔离的，如图7所示。

图7  隔离模板的低与系统地须隔离

对于输出模板，如果有额外的负载电源，则此时该负载电源与系统电源有两种可能性：隔离的或非隔离的电源。
a、对于非隔离电源，则应将金属短接片保留，同时将系统地相连，如图8所示。

图8  对于非隔离电源的接地方式

b、对于隔离电源，则负载电源的地线不与系统内的任何地线进行连接。
④S7-400 PLC模拟量模板的接地要求
请参看S7-300 PLC接地部分。
A、将传感器连接到模拟量输入模板
a、连接电隔离传感器隔离传感器不与本地的“地电位”连接(机壳接地)，它们可处于浮接状态。

为了确保在受EMC严重影响的环境下不超出UCM的允许值(请参看具体模板参数)，请将信号测量线路的M-与模板的MANA连接，如图9所示。

图9  将隔离传感器连接到电隔离AI模板
说明：1为电隔离传感器；2为外壳接地；3对于带MANA的模块，需要进行连接；M+为测量线路正极；M-为测量线路负极；MANA为模拟测量电路的参考电位；UISO为MANA与机壳接地间的电位差。
注意：当连接2线制传感器进行电流测量以及连接电阻类型的传感器时，请不要将M-连接到MANA。此规则也适用于已进行相应编程但尚未使用的输入。

b、非隔离传感器连接到模板
使用非隔离传感器时，必须将MANA连接到机壳接地。

根据本地条件或干扰的不同，在本地分布的测量点之间可能出现电位差UCM，如果超过 UCM的允许值，则在测量点之间必须进行等电位连接，如图10所示。

图10  将非隔离传感器连接到电隔离AI模板
说明：1为非隔离传感器；2为机壳接地；3为等电位连接导线；M+为测量线路正极；M-为测量线路负极； MANA为模拟测量电路的参考电位；UISO为MANA与机壳接地间的电位差。

B、将负载/执行器连接到模拟量输出
对于隔离的模拟量输出模块，在测量电路MANA的参考点和机壳接地之间没有电气连接。如果在测量电路MANA的参考点和机壳接地之间出现电位差UISO，则必须使用隔离的模拟量输出模块。通过MANA端子和机壳接地之间的等电位连接导线，可确保UISO不超过允许值。

a、对负载/执行器连接到电压输出
◆ 负载到电压输出的4线制连接
采用4线负载电路可获得更高的精度。对S-和S+传感器线路直接接线并连接到负载。这样即可直接测量和修正负载电压。

干扰和电压突降可能会在检测线路S-和模拟电路MANA的参考回路间产生电位差。此电 位差(UCM)不得超过允许值。任何超过限制值的电位差都会对模拟信号的精度产生不利影响，如图11所示。
  
图11  负载到电隔离模拟量输出模块电压输出的4线制连接
说明：1为外壳接地；L+为DC24V供电电压接线端；Qv为模拟量输出电压；S+为检测线路正极；S-为检测线路负极；MANA为模拟电路的参考电位；M为接地； UISO为MANA与机壳接地间的电位差

◆负载到电压输出的2线制连接
使用2线连接时，应在前连接器上将S+连接到Qv，将端子S连接到MANA。但这样达不到4线制连接的精度。而负载则连接到Qv和MANA端子，如图12所示。

图12  负载到电隔离模拟量输出模块电压输出的2线制连接

b、对负载/执行器连接到电流输出  
负载应连接在Q1和MANA端子之间，如图13所示。

图13  将负载连接到隔离AO模板的电流输出
说明：L+为DC24V供电电压接线端； Q1为模拟量输出电流；MANA为模拟电路的参考电位； M为接地；UISO为MANA与机壳接地间的电位差。