昌暉儀表談西門子S7-400 PLC接地規范和要求

西門子S7-400 PLC與S7-300 PLC類似，因此在接地方面的要求也與S7-300 PLC接地有很多都相同之處，在此僅對S7-400 PLC獨有的特性進行說明。

1、S7-400 PLC系統的接地總覽
S7-400 PLC系統的供電是通過電源模板和背板總線實現的，這與S7-300 PLC系統有所區別。P5407電源模板從供電系統取電(例如L1、N、PE)，然后給背板總線提供DC24V和DC5V電源，從而進一步給機架上的其他模板內部芯片提供電源。機架導軌、參考位M
和機柜均與機柜內的接地母線連接，最后與TN-S供電系統的PE連接，如圖1所示。

圖1   具有接地電源的S7-400 PLC系統

2、西門子S7-400 PLC系統的接地規范
①電源模板的接地要求
S7-400 PLC電源模板(PS407)連接到供電電源上時需使用專用的電源連接器(插頭)，如圖2所示。

圖2   電源連接器連線示意圖
注意：應將PE線進行連接。

②S7-400 PLC的CPU的接地連接
A、具有參考接地電位(0V)
如果系統已有參考接地電位方式構成的，則任何擾動電流都被釋放到大地中去。

在S7-400 PLC的安裝底板的最左側，有一個金屬連接片，同時左下角還有一個接地端子。正常情況下，將接地端子接地后，系統通過金屬連接片實現了系統內部參考電位M(0V)通過金屬連接片進行接地，如圖3所示。

圖3  具有參考接地電位的S7-400 PLC結構

實物如圖4所示。默認情況下，S7-400 PLC系統均采用該接地方式。

圖4  S7-400 PLC安裝底板上的金屬短接片

B、沒有參考接地電位(浮地方式)
如果在一個大型設備中，需要對地線的故障進行監測(例如在化學工業或者在電站項目中，常有這樣的要求)，則需要將S7-400 PLC系統采用浮地的方式，此時須將金屬片拆除。

在浮地系統中，由于底板上參考接地電位M和“地”之間的金屬片被拆掉，此時S7-400 PLC的參考電位M是通過RC網絡后才接大地接地端的。此時將左下角的接地端子進行接地處理后，可以通過RC回路釋放擾動電流，并可避免靜電荷的產生，如圖5所示。

圖5  沒有參考接地電位的S7-400 PLC結構

實物如圖6所示。

圖6  S7-400 PLC安裝底板上的金屬短接片被拆掉

如果系統只希望在CR處與整個設備相連接，則此時各個ER都是以浮地的方式處理。(例如：如果一個ER是通過具有5V電源連接的IM連接到CR的，則該ER必須浮地)。

PG如果連接到一個浮地的S7-400 PLC系統時，必須通過下個RS-485中繼器來連接。

C、系統中存在隔離模板
如果S7-400 PLC系統中存在隔離的模板，則系統的參考電位(0V內部)和外部的負載電路的參考電位(0V外部)是隔離的，如圖7所示。

圖7  隔離模板的低與系統地須隔離

對于輸出模板，如果有額外的負載電源，則此時該負載電源與系統電源有兩種可能性：隔離的或非隔離的電源。
a、對于非隔離電源，則應將金屬短接片保留，同時將系統地相連，如圖8所示。

圖8  對于非隔離電源的接地方式

b、對于隔離電源，則負載電源的地線不與系統內的任何地線進行連接。

③S7-400 PLC數字量模板的接地要求
請參看S7-300 PLC接地部分。

④S7-400 PLC模擬量模板的接地要求
請參看S7-300 PLC接地部分。
A、將傳感器連接到模擬量輸入模板
a、連接電隔離傳感器隔離傳感器不與本地的“地電位”連接(機殼接地)，它們可處于浮接狀態。

為了確保在受EMC嚴重影響的環境下不超出UCM的允許值(請參看具體模板參數)，請將信號測量線路的M-與模板的MANA連接，如圖9所示。

圖9  將隔離傳感器連接到電隔離AI模板
說明：1為電隔離傳感器；2為外殼接地；3對于帶MANA的模塊，需要進行連接；M+為測量線路正極；M-為測量線路負極；MANA為模擬測量電路的參考電位；UISO為MANA與機殼接地間的電位差。
注意：當連接2線制傳感器進行電流測量以及連接電阻類型的傳感器時，請不要將M-連接到MANA。此規則也適用于已進行相應編程但尚未使用的輸入。

b、非隔離傳感器連接到模板
使用非隔離傳感器時，必須將MANA連接到機殼接地。

根據本地條件或干擾的不同，在本地分布的測量點之間可能出現電位差UCM，如果超過 UCM的允許值，則在測量點之間必須進行等電位連接，如圖10所示。

圖10  將非隔離傳感器連接到電隔離AI模板
說明：1為非隔離傳感器；2為機殼接地；3為等電位連接導線；M+為測量線路正極；M-為測量線路負極； MANA為模擬測量電路的參考電位；UISO為MANA與機殼接地間的電位差。

B、將負載/執行器連接到模擬量輸出 
對于隔離的模擬量輸出模塊，在測量電路MANA的參考點和機殼接地之間沒有電氣連接。如果在測量電路MANA的參考點和機殼接地之間出現電位差UISO，則必須使用隔離的模擬量輸出模塊。通過MANA端子和機殼接地之間的等電位連接導線，可確保UISO不超過允許值。 

a、對負載/執行器連接到電壓輸出 
◆ 負載到電壓輸出的4線制連接 
采用4線負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載。這樣即可直接測量和修正負載電壓。

干擾和電壓突降可能會在檢測線路S-和模擬電路MANA的參考回路間產生電位差。此電 位差(UCM)不得超過允許值。任何超過限制值的電位差都會對模擬信號的精度產生不利影響，如圖11所示。 
  
圖11  負載到電隔離模擬量輸出模塊電壓輸出的4線制連接
說明：1為外殼接地；L+為DC24V供電電壓接線端；Qv為模擬量輸出電壓；S+為檢測線路正極；S-為檢測線路負極；MANA為模擬電路的參考電位；M為接地； UISO為MANA與機殼接地間的電位差 

◆負載到電壓輸出的2線制連接
使用2線連接時，應在前連接器上將S+連接到Qv，將端子S連接到MANA。但這樣達不到4線制連接的精度。而負載則連接到Qv和MANA端子，如圖12所示。

圖12  負載到電隔離模擬量輸出模塊電壓輸出的2線制連接

b、對負載/執行器連接到電流輸出