ЖУРНАЛ «СТА» №2/2006

98 СТА 2/2006 www.cta.ru троллеров. Цепи питания таких уст- ройств выполняют отдельной парой свитых проводов (для уменьшения излучаемых помех), один из которых соединяется с шиной защитного за- земления. Общий провод такой сис- темы (обычно провод, подключён- ный к отрицательному выводу источ- ника питания) является силовой землёй. Аналоговая и цифровая земля Системы промышленной автомати- зации являются аналогоцифровыми. Поэтому одним из источников по- грешностей аналоговой части являет- ся помеха, создаваемая цифровой ча- стью системы. Для исключения про- хождения помех через цепи заземле- ния цифровую и аналоговую землю выполняют в виде несвязанных про- водников, соединённых вместе только в одной общей точке. Для этого моду- ли ввода/вывода и промышленные контроллеры имеют отдельные выво- ды аналоговой земли ( AGND ) и цифро- вой ( DGND ). «Плавающая» земля «Плавающая» земля образуется в случае, когда общий провод неболь- шой части системы электрически не соединяется с шиной защитного за- земления (то есть с Землёй). Типовы- ми примерами таких систем являются батарейные измерительные приборы, автоматика автомобиля, бортовые системы самолёта или космического корабля. «Плавающая» земля может быть получена и с помощью DC/DC или AC/DCпреобразователей, если вывод вторичного источника питания в них не заземлён. Такое решение по- зволяет полностью исключить кон- дуктивные наводки через общий про- вод заземления. Кроме того, допусти- мое синфазное напряжение может достигать 300 вольт и более, практиче- ски 100процентным становится по- давление прохождения синфазной по- мехи на выход системы, снижается влияние ёмкостных помех. Однако на высоких частотах токи через ёмкость на землю существенно снижают по- следние два достоинства. Если «плавающая» земля получена с помощью устройств гальванической развязки на оптронах и DC/DCпре- образователях, то надо принять осо- бые меры для предотвращения накоп- ления заряда в ёмкости между Землёй и «плавающей» землёй, которое может привести к пробою оптрона (см. раз- делы «Гальваническая развязка» и «Статическое электричество»). Пример образования «плавающей» земли показан на рис. 3. Вывод AGND модуля ввода сигналов термопар не соединён с землёй. Условно показан- ный разрыв в изображении модуля символизирует гальваническую раз- вязку между его частями. Аналоговая часть модуля имеет эквивалентную ёмкость на землю С плав , которая вклю- чает в себя ёмкость входных цепей на землю, ёмкость проводников печат- ной платы на землю, проходную ёмкость DC/DCпреобразователя и оптронов гальванической развязки. Величина этой ёмкости может состав- лять около 100 пФ и более. Поскольку воздух и другие диэлектрики, с кото- рыми контактирует ёмкость С плав , имеют не бесконечное электрическое сопротивление, то ёмкость может мед- ленно, в течение минут или часов, за- рядиться током утечки I утечки до по- тенциала электризованных тел, высо- ковольтных источников питания или потенциала, связанного с атмосфер- ным электричеством (см. разделы «Молния и атмосферное электричест- во» и «Статическое электричество»). Потенциал на «плавающей» земле мо- жет превысить напряжение пробоя изоляции оптронов и вывести систему из строя. В качестве защитных мер при ис- пользовании «плавающей» земли можно рекомендовать соединение «плавающей» части с землёй через со- противление величиной от десятков килоом до единиц мегаом. Вторым способом является применение бата- рейного питания и передачи инфор- мации через оптический кабель. «Плавающая» земля чаще использу- ется в технике измерений малых сиг- налов и реже – в системах промыш- ленной автоматизации. Модели компонентов систем автоматизации Для дальнейшего анализа и синтеза систем заземления необходимо пред- ставлять структуру модулей систем промышленной автоматизации. Такое представление дают модели типовых модулей аналогового и дискретного ввода и вывода, представленные на рис. 4, 5 и 6. В этих рисунках исполь- зованы следующие обозначения: AGND – аналоговая земля, DGND – цифровая земля, GND – земля источ- ника питания порта связи, Data – ин- формационный порт модуля (вход/выход данных), A in – аналого- вый вход, D out – дискретный выход, D in – дискретный вход, A out – аналого- вый выход, V пит – клемма подключе- ния источника питания; разрыв в изо- бражении модуля означает гальвани- ческую изоляцию между «разорван- ными» частями. Модули аналогового ввода и дис- кретного вывода бывают без гальвани- ческой изоляции (рис. 4 а – пример модели модуля CL8AI фирмы НИЛ В З АПИС Н УЮ К НИЖК У ИНЖЕ Н Е РА Условные обозначения: AGND — аналоговая земля; DGND — цифровая земля; Data — информационный порт модуля (вход/выход данных); D out — дискретный выход; С плав — эквивалентная ёмкость на землю; I утечки — ток утечки; V пит — клемма подключения источника питания. Рис. 3. Пример «плавающей» земли