Заземление приборов в системах промышленной автоматизации

〡 25 февр., 2026
〡 от WUPAMBO

Instrumentation Earthing in Industrial Automation Systems

Понимание роли заземления измерительных приборов

В промышленной автоматизации заземление обеспечивает безопасный путь с низким сопротивлением для токов короткого замыкания. Оно защищает как оборудование, так и персонал, отводя избыточный ток непосредственно в землю. Правильное заземление является основой надёжности ПЛК, распределённых систем управления (DCS) и систем управления , обеспечивая стабильную работу даже при аварийных условиях.

Цели системы заземления измерительных приборов

Основная задача заземляющей сети на промышленном предприятии — поддержание безопасности эксплуатации и электрической стабильности.

Обеспечивает путь с низким импедансом при аварийных ситуациях.
Предотвращает опасные разности потенциалов и защищает обслуживающий персонал.
Обеспечивает соответствие стандартам электромагнитной совместимости (ЭМС) .
Минимизирует риск возгорания в опасных или взрывоопасных зонах.

От полевых приборов до шкафов управления и кабельных лотков — каждый проводящий элемент должен быть правильно заземлён для поддержания единой системы безопасности и опорного потенциала.

Основные типы систем заземления в измерительной технике

Измерительные системы обычно включают три различных типа заземления, каждый из которых выполняет свою функцию:

1. Защитное заземление (ЗЗ) или электрическое заземление

Также известное как защитное заземление, оно обеспечивает электрическую безопасность, защищая оборудование и операторов от невыявленных неисправностей. Любой ток утечки или короткое замыкание безопасно отводится по этому пути, предотвращая поражение электрическим током и пожар.

2. Измерительное заземление (ИЗ) или сигнальное заземление

Измерительное заземление снижает помехи от РЧ-помех и электромагнитных помех (РЧИ/ЭМИ) и стабилизирует опорные уровни аналоговых сигналов. Экраны сигнальных кабелей — особенно 4–20 мА аналоговых или низковольтных цифровых сигналов — подключаются к этому чистому заземлению, обеспечивая целостность сигнала и отсутствие шумов при измерениях.

3. Взрывобезопасное (ВБ) заземление

ВБ заземление используется исключительно для взрывобезопасных цепей в опасных зонах. Оно гарантирует, что уровни энергии при неисправностях остаются ниже порогов воспламенения, соответствуя стандартам IEC и ATEX .

Проектирование эффективной системы заземления

Каждый тип заземления должен оставаться электрически изолированным для сохранения своей функции. Соединение защитного и измерительного заземлений может снизить помехозащищённость и вызвать петли заземления.

В типичном объекте заземление делится на:

Внутренние системы: Для помещений управления и распределительных щитов, где установлены панели, шкафы ПЛК и серверы.
Наружные системы: Для полевых приборов, распределительных коробок, электродвигателей и технологического оборудования.

Проект заземления в помещении управления

Панели управления, такие как маршаллинговые шкафы, системные шкафы и распределительные щиты питания должны иметь отдельные шины ЗЗ, ИЗ и ВБ заземления. Шина измерительного заземления должна быть изолирована от шины защитного заземления с помощью непроводящих креплений. Все шины ИЗ соединяются с общей изолированной сеткой измерительного заземления, которая связана с основным заземлением предприятия медными кабелями.

Методы подключения заземления

На практике применяются две основные философии заземления:

Последовательное соединение заземления: Подходит, когда несколько панелей соединены по одному маршруту заземления.
Звездообразное или точечное соединение: Предпочтительно для систем управления, чтобы минимизировать петли заземления и сохранить точность опорного сигнала.

Выбранный метод должен соответствовать философии заземления поставщика системы управления — например, рекомендациям Siemens, Rockwell Automation или ABB .

Практические рекомендации по заземлению полевых приборов

Экраны кабелей: Подключайте экран только на стороне системы управления (Измерительное заземление), чтобы избежать токов циркуляции.
Взрывобезопасные цепи: Завершайте экраны на шине ВБ заземления для сертифицированных ВБ контуров.
Бронированные кабели: Заземляйте оба конца для защиты от молний и обеспечения структурного соединения.
Непрерывность заземления: Обеспечьте соединение лотков, фитингов и стальных конструкций с шагом не более 25 метров.
Поддержание влажности: Держите почву вокруг заземляющих колодцев влажной для поддержания низкого сопротивления и эффективного отвода тока.

Правильное подключение и отсутствие коррозии важны для сохранения непрерывности и снижения затрат на обслуживание в долгосрочной перспективе.

Распространённые ошибки и особенности проектирования

Во многих проектах инженеры недооценивают важность изоляции заземлений между ЗЗ и ИЗ. Это может привести к дрейфу измерений или ошибкам связи в системах управления. Кроме того, игнорирование изменений сопротивления почвы может привести к превышению допустимых значений сопротивления заземления, нарушая требования IEC 60364 и IEEE 142 .

В качестве лучшей практики рекомендуется регулярно проводить измерения сопротивления заземления и вести документацию для аудита.

Мнение автора и взгляд отрасли

Исходя из практического опыта, хорошо спроектированная система заземления часто определяет долгосрочную надёжность систем автоматизации. Многие сбои в управлении на промышленных предприятиях связаны с неправильным заземлением или подключением экранов. Современные объекты всё чаще внедряют цифровые системы контроля заземления для постоянной оценки целостности соединений — важный шаг к прогнозному обслуживанию на умных производствах.

Сферы применения

Нефтегазовая отрасль: Заземление предотвращает искрообразование в опасных зонах.
Фармацевтика: Обеспечивает чистую передачу сигналов для систем управления партиями.
Производство: Поддерживает автоматизацию заводов за счёт стабилизации сетей ПЛК и датчиков.
Центры обработки данных: Защищает чувствительную электронику от переходных помех.

Надёжное проектирование заземления — основа любой безопасной и эффективной промышленной системы управления.

Предыдущий Далее

Назад к Техническое руководство и руководство по покупке