隔离变压器N端接地反而有问题

有一次去现场遇见一个很奇怪的现象，一个S7-400的机架上插了电源模块、CPU、以太网模块和几个I/O模块，这样的配置在使用一年后出现问题，故障的现象就是I/O模块同时出现模块插拔故障，大约在十几毫秒后自动恢复，但是连接的设备跳掉了。
因为I/O模块同时出现插拔故障，考虑到现场是否有震动将模块的前连接器（接线端子）震松，做了一个测试，将模块的前连接器拔出，居然没有产生中断，只有将模块从机架中拔出才会产生中断故障，看来不是接线的问题。
通常这样的问题是机架上有管脚断了或插歪了，可是到现场后仔细查看并没有发现类似问题，问用户机架换了没有，用户说都换了三个了，机架可能也没有问题，原因很简单，不可能在同一地方接错三遍。I/O有问题，都换过了，问题照样出。更有奇异的现象就是，凡是在这个站点出现故障的模块在另外一个站点都没有问题，在另外一个站点没有问题的模块换到这个站点就会出问题，那么只有外围设备可以影响到CPU的运行了，果然在另外一个电气柜中发现了一个380/220的隔离变压器，220侧的N段接地，如果不可靠接地，例如搭接，将产生高阻抗，再加上原有的接地电阻增加，总的接地电阻增加，这将使连接处的电压升高，这可能就是问题的原因。
为什么接地电阻增加会造成CPU出故障呢，首先要知道CPU的逻辑地接线，如图1所示。


图1 S7-400 CPU 逻辑地

缺省的状态下，CPU的逻辑地与PE是连通的（图1红线），如果PE有干扰就会影响到CPU的系统参考点，CPU不能正常工作而出现不正常现象，那么带电的N端接地为什么会干扰到CPU的逻辑地呢，可以参考图2.


图2 N端串联接地示意图

N端正常的接不接地通常都不会影响地的，图2中的电压值应该是电容电压，即使这样接地电流也很小（通过空间耦合到L端），但是随着接地电阻的增加，那么plc的逻辑地电压也会随之增加。如果隔离变压器隔离效果不好，也会将源端的干扰引入到PLC的逻辑地的。
如果接地方式采用并联（在现场不易判断），如图3所示。


图3 N端并联接地示意图

那么PLC的逻辑地电势就要取决于接地电阻了，这样效果要好很多。其实更好的方式就是直接拆除连接，因为使用隔离变压器的目的就是要隔离和安全，否则可以直接使用L， N供电了。