Sollten Sie in SPS-Systemen die Masseanschlüsse zwischen Netzteilen verbinden?

Wenn eine einfache Verdrahtungsfrage zu einem Risiko auf Systemebene wird

In modernen industriellen Steuerungssystemen kann eine scheinbar einfache Entscheidung – ob die gemeinsamen Versorgungspunkte verbunden werden sollen – über Systemstabilität oder Ausfall entscheiden. Ingenieure nehmen häufig an, dass isolierte Geräte digitale Signale sicher austauschen können, ohne dass ihre Bezugspotenziale aufeinander abgestimmt sind. Die Realität im Feld beweist das Gegenteil.

Gemischte Architekturen mit SPS, elektrischen Antrieben und dezentralen I/O-Modulen machen häufig eine verborgene Abhängigkeit von einem gemeinsamen Bezugspotenzial sichtbar. Wird dies ignoriert, können Signaldrift, Fehlauslösungen oder ein vollständiger Kommunikationsverlust auftreten.

Verdrahtungspläne aus dem Feld lassen gemeinsame Verbindungen häufig unerwähnt und sorgen dadurch bei der Systemintegration für Verwirrung.

Wie Bezugsschleifen das Signalverhalten tatsächlich bestimmen

Digitale Eingangssignale werden nicht unabhängig übertragen. Ein SPS-Ausgang und ein Antriebseingang müssen sich auf ein gemeinsames Spannungsbezugspotenzial einigen, bevor logische Zustände aussagekräftig werden. Dieses Bezugspotenzial ist typischerweise der 0-VDC-Gemeinsame.

Architektur mit einer Versorgung: von vornherein zuverlässig

Wenn SPS, Sensoren und Antriebe eine gemeinsame 24-VDC-Versorgung nutzen, entsteht auf natürliche Weise ein stabiles Bezugspotenzial. Signalschwellen bleiben konsistent und die Störanfälligkeit bleibt gering.

Umgebungen mit mehreren Versorgungen: Wo die Mehrdeutigkeit beginnt

Probleme treten auf, wenn Antriebe separate Stromversorgungen verwenden. Bereits eine geringe Potenzialdifferenz zwischen den Massepunkten kann die Interpretation von „EIN/AUS“ in der Eingangsstufe verfälschen.

Hersteller schreiben häufig ausdrücklich ein gemeinsames Bezugspotenzial zwischen den Stromversorgungsbereichen von Steuerung und Antrieb vor.

Technische Abwägungen beim Verbinden der gemeinsamen Versorgungspunkte

Die Verbindung der 0-V-Schienen über mehrere Systeme hinweg verbessert die Signalintegrität, führt aber auch zu einer Kopplung zwischen den Stromversorgungsbereichen. Diese Kopplung kann Störungen von einem Teilsystem in ein anderes übertragen.

Wann das Verbinden der gemeinsamen Versorgungspunkte die richtige Entscheidung ist

Digitale I/O-Signale mit Single-Ended-Architektur benötigen ein gemeinsames Bezugspotenzial. Ohne dieses Bezugspotenzial driften die Eingangsschwellen, und die logischen Zustände verlieren ihre Eindeutigkeit.

In den meisten 24-VDC-SPS-Anwendungen ist die Verbindung der gemeinsamen Versorgungspunkte keine Option, sondern grundlegend für den Stromkreis.

Wann die Isolation erhalten bleiben muss

In Umgebungen mit hohem Störpegel oder bei Installationen über große Entfernungen kann eine galvanische Trennung vorzuziehen sein. In diesen Fällen ersetzen Signalaufbereitung oder isolierte I/O-Module eine direkte Verbindung der gemeinsamen Versorgungspunkte.

Stromversorgungen mit mehreren Klemmen erleichtern häufig die kontrollierte Verteilung gemeinsamer Versorgungspunkte über mehrere Teilsysteme.

Reale industrielle Anordnungen und verborgene Einschränkungen

In kompakten Schaltschränken verbinden Ingenieure die 0-V-Schienen typischerweise an einem einzigen Klemmenblock. Dadurch entsteht eine saubere Bezugspotenzialstruktur für SPS-, I/O- und Antriebssysteme.

Bei dezentralen Installationen, etwa in modularen Maschinen oder Förderanlagen, erschwert die räumliche Entfernung die durchgängige Verbindung des Bezugspotenzials. Der Spannungsabfall auf dem Rückleiter wird zu einem wichtigen Auslegungsfaktor.

Feldgeräte mit M12-Schnittstellen bringen eine weitere Komplexitätsebene hinzu. Splitter oder Anschlusslitzen sind manchmal die einzige praktikable Zugriffsmöglichkeit für die Verbindung des Bezugspotenzials.

M12-basierte Feldverdrahtungen zwingen Ingenieure dazu, Bezugspunkte außerhalb der herkömmlichen Schaltschrankgrenzen zu verwalten.

Dezentrale I/O und vernetzte Systeme verändern die Rahmenbedingungen

Moderne Architekturen mit IO-Link, Modbus und dezentralen I/O-Hubs trennen Logikversorgung und Feldversorgung. Diese Unterscheidung sorgt bei vielen Ingenieuren während der Inbetriebnahme für Verwirrung.

Die CPU oder Netzwerkschnittstelle kann vollständig isoliert sein, während die Feldklemmen für die Schaltsignale weiterhin auf ein gemeinsames 0-V-Bezugspotenzial angewiesen sind.

Nur der Stromversorgungsbereich auf der Feldseite benötigt eine Verbindung der gemeinsamen Versorgungspunkte. Die Stromversorgung der Steuerelektronik kann isoliert bleiben, ohne die Integrität der I/O-Logik zu beeinträchtigen.

Dezentrale Architekturen trennen Logikversorgung und Feldversorgung, doch das Signalbezugspotenzial hängt weiterhin vom Feldbereich ab.

Bei Plattformen wie SPS- und PAC-Systemen ist diese Trennung inzwischen eher Standard als Ausnahme.

Warum die Strategie für das Massebezugspotenzial die Systemzuverlässigkeit bestimmt

In der industriellen Automatisierung ist die Auslegung des Bezugspotenzials längst kein nebensächliches Verdrahtungsdetail mehr. Sie wirkt sich direkt auf Diagnose, Verfügbarkeit und Signalinterpretation in Steuerungssystemen mit hoher Packungsdichte aus.

Fehlerhafte Entscheidungen bei der Erdung zeigen sich häufig als sporadische Störungen und nicht als Totalausfälle. Dadurch wird die Fehlersuche in Produktionsumgebungen langsam und teuer.

Da immer mehr Systeme dezentrale I/O und hybride Architekturen einsetzen, wächst die Bedeutung einer strukturierten Verteilung des Bezugspotenzials weiter. Ingenieure betrachten die 0-V-Auslegung heute als Teil der Systemarchitektur und nicht mehr nur als Verdrahtung.

Für verwandte Industriekomponenten und Architekturen auf Systemebene veranschaulichen Plattformen wie Stromversorgungs- und Elektrokomponenten, wie die Erdungsstrategie in das moderne Produktdesign eingebettet ist.

Am Ende entscheidet weiterhin das technische Urteilsvermögen

Es gibt keine allgemeingültige Regel, die für jede Installation passt. Das vorherrschende Prinzip bleibt jedoch gleich: Wenn zwei Geräte Single-Ended-Digitalsignale austauschen, müssen sie über einen definierten Bezugspfad verbunden sein.

Isolation ist leistungsfähig, muss aber bewusst eingesetzt werden. Unkontrollierte Isolation erzeugt Mehrdeutigkeit, und Mehrdeutigkeit ist der Feind einer deterministischen Steuerung.

Die besten Konstruktionen vermeiden nicht die Verbindung gemeinsamer Versorgungspunkte – sie bestimmen kontrolliert, wie und wo diese Verbindung hergestellt wird.

Autor: Michael Turner
Reporter für industrielle Systeme | 14 Jahre Erfahrung
Ehemaliger Außendienstingenieur für Implementierungen dezentraler Steuerungssysteme bei Rockwell Automation, Schneider Electric und Emerson, spezialisiert auf industrielle Stromversorgungsarchitekturen und die Analyse der Integrität von Steuersignalen.