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(duì)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(gè)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(wú)論是直流還是交流，均應(yīng)增加短路和過(guò)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(guò)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(qǐng)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(shuō)明：1為主令開關(guān)；2為短路和過(guò)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(dòng)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(duì)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(shuō)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(huì)熔斷。始終將電源模塊的M和L+端子與CPU的這兩個(gè)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(gè)滑動(dòng)金屬片，將該滑動(dòng)金屬推進(jìn)去時(shí)，DC24V的M端將通過(guò)該滑動(dòng)金屬片與CPU的安裝導(dǎo)軌相連，通過(guò)導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)接地，所有從M來(lái)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(shuō)明：1為處于接地狀態(tài)的接地滑動(dòng)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(dòng)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(shí)，不要拔出接地滑動(dòng)觸點(diǎn)。實(shí)際設(shè)備中如圖4所示。

圖4  CPU上的滑動(dòng)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(dòng)片撬出，此時(shí)M和導(dǎo)軌分開，系統(tǒng)與“地”是不直接相連的，而是通過(guò)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(shuō)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(dòng)接地滑動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)于提高系統(tǒng)EMC特性來(lái)講，需注意以下幾點(diǎn)：
◆ 數(shù)字量輸入/輸出的導(dǎo)線長(zhǎng)度要求：1000m屏蔽線，600m非屏蔽線。
◆ 屏蔽電纜處理屏蔽層時(shí)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(guò)電纜夾卡在柜內(nèi)接地排上
而數(shù)字量輸出模塊有時(shí)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(duì)于電感設(shè)備來(lái)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(lái)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(dòng)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(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的過(guò)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(shí)間（比沒(méi)有抑制器時(shí)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(dòng)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(shí)的過(guò)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(shí)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(zhǎng)時(shí)間的過(guò)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(shí)的過(guò)電壓的幅度和陡峭的上升沿都被降低；
◆ 關(guān)斷延時(shí)短。
B、模擬量模板的接地要求：
a、模擬量信號(hào)電纜的一般要求：
◆ 模擬量信號(hào)線采用屏蔽電纜；
◆ 模擬量信號(hào)線盡量短，其中模擬量輸入最長(zhǎng)200m屏蔽線；若電壓范圍≤80mV且使用熱電偶時(shí)，最長(zhǎng)50m（熱電偶模塊最長(zhǎng)80m）；模擬量輸出最長(zhǎng)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(cè)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(xiǎn)，請(qǐng)務(wù)必使用信號(hào)隔離器SWP9034A模塊。
通過(guò)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(guò)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(duì)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(guò)允許的電位差UCM(共模)。VCM故障可存在于
◆ 測(cè)量輸入(M+/M-)和測(cè)量電路的參考電位MANA之間
◆ 在測(cè)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(shí)，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(cè)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(shí)，請(qǐng)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(cè)量點(diǎn)之間的電位差VCM(靜態(tài)或動(dòng)態(tài))。如果超出VCM的最大值，請(qǐng)用等電位導(dǎo)線連接各測(cè)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(shí)，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(qǐng)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(duì)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(shuō)明。
情況Ⅰ：將4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(duì)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(cè)量和修正負(fù)載電壓。干擾和電壓突降可能會(huì)在檢測(cè)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(guò)設(shè)定的限制值。任何超過(guò)限制值的電位差都會(huì)對(duì)模擬信號(hào)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(cè)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(duì)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(hào)/數(shù)據(jù)電纜），用單獨(dú)的管道或單獨(dú)的電纜束來(lái)布放高壓、信號(hào)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(chǎng)安裝的導(dǎo)軌接地
注意： 請(qǐng)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(guò)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(zhǎng)度，使用較大的接觸表面積。