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吉林省西門(mén)子S7-200smartPLC模塊代理

淺析PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾源及解決方法
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，系統(tǒng)的抗*力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用的各種類(lèi)型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和各種電機(jī)設(shè)備上，它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，設(shè)計(jì)人員只有預(yù)先了解各種干擾才能有效保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。
 
一、PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來(lái)源
 
(1) 來(lái)自空間的輻射干擾：
 
空間的輻射電磁場(chǎng)(EMI)主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過(guò)程、雷電、無(wú)線電廣播、電視、雷達(dá)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的，通常稱(chēng)為輻射干擾，其分布極為復(fù)雜。若PLC 系統(tǒng)置于所射頻場(chǎng)內(nèi)，就回收到輻射干擾，其影響主要通過(guò)兩條路徑；一是直接對(duì)PLC 內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；而是對(duì)PLC 通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路的感應(yīng)引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)大小，特別是頻率有關(guān)，一般通過(guò)設(shè)置屏蔽電纜和PLC 局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護(hù)。
 
(2) 來(lái)自系統(tǒng)外引線的干擾：
 
主要通過(guò)電源和信號(hào)線引入，通常稱(chēng)為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在我國(guó)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較嚴(yán)重。
 
(3)來(lái)自電源的干擾：
 
實(shí)踐證明，因電源引入的干擾造成PLC 控制系統(tǒng)故障的情況很多，筆者在某工程調(diào)試中遇到過(guò)，后更換隔離性能更高的PLC 電源，問(wèn)題才得到解決。
 
PLC 系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，
 
將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，開(kāi)關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流轉(zhuǎn)動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過(guò)輸電線路到電源邊。PLC 電源通常采用隔離電源，但其機(jī)構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實(shí)際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，隔離是不可能的。
 
(4) 來(lái)自信號(hào)線引入的干擾：
 
與PLC 控制系統(tǒng)連接的各類(lèi)信號(hào)傳輸線，除了傳輸有效的各類(lèi)信號(hào)之外，總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過(guò)變送器或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽略；二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾，這是很?chē)?yán)重的。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起I/O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)和死機(jī)。PLC 控制系統(tǒng)因信號(hào)引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當(dāng)嚴(yán)重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。
 
(5)來(lái)自接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾：
 
接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯(cuò)誤的接地，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使PLC 系統(tǒng)將無(wú)法正常工作。PLC 控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對(duì) PLC 系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過(guò)屏蔽層，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)加雷擊時(shí)，地線電流將更大。

b、什么是RS-485
RS -485(EIA-485標(biāo)準(zhǔn))是RS-422的改進(jìn)，因?yàn)樗黾恿嗽O(shè)備的個(gè)數(shù)，從10個(gè)增加到32個(gè)，同時(shí)定義了在大設(shè)備個(gè)數(shù)情況下的電氣特性，以保證足夠的信號(hào)電壓。有了多個(gè)設(shè)備的能力，你可以使用一個(gè)單個(gè)RS-422口建立設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。出色抗噪和多設(shè)備能力，在工業(yè)應(yīng)用中建立連向PC機(jī)的分布式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)、其他數(shù)據(jù)收集控制器、HMI或者其他操作時(shí)，串行連接會(huì)選擇RS-485。
RS-485是RS-422的超集，因此所有的RS-422設(shè)備可以被RS-485控制。RS-485可以用超過(guò)4000英尺的線進(jìn)行串行通行。
c、什么是RS-422？
RS -422(EIA RS-422-A Standard)是Apple的Macintosh計(jì)算機(jī)的串口連接標(biāo)準(zhǔn)。
RS-422使用差分信號(hào)，RS-232使用非平衡參考地的信號(hào)。差分傳輸使用兩根線發(fā)送和接收信號(hào)，對(duì)比RS-232，它能更好的抗噪聲和有更遠(yuǎn)的傳輸距離。在工業(yè)環(huán)境中更好的抗噪性和更遠(yuǎn)的傳輸距離是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。

PLC在使用模擬量模塊時(shí)需注意什么
PLC使用EM231或是EM235模塊注意的地方
 
在實(shí)際的使用中，使用EM231或是EM235模擬量模塊進(jìn)行模擬量信號(hào)采集時(shí)候，往往會(huì)出現(xiàn)以下幾種情況：
 
(1)外面信號(hào)不管怎么變化，在模擬量轉(zhuǎn)換后所得到的數(shù)字量要么是小值，要么就是大值32767。
 
(2)所得到的數(shù)字量波動(dòng)比較大，不夠穩(wěn)定
 
出現(xiàn)這兩種情況的原因可能在于我們對(duì)于這兩種模塊使用時(shí)候的一些細(xì)節(jié)沒(méi)有注意，使用這兩種模塊的時(shí)候我們需要注意以下幾個(gè)方面：
 
(1)需要設(shè)置正確的DIP開(kāi)關(guān)，EM231或是EM235模塊上都有DIP開(kāi)關(guān)，其作用主要供用戶(hù)正確設(shè)置其模擬量的輸入量程及輸入類(lèi)型。DIP開(kāi)關(guān)的設(shè)置應(yīng)用于整個(gè)模塊，一個(gè)模塊只能設(shè)置為一種測(cè)量范圍。DIP開(kāi)關(guān)設(shè)置好后，必須重新上電，重新上電后，模塊的設(shè)置才生效。若沒(méi)有正確設(shè)置DIP開(kāi)關(guān)，那么測(cè)量所得到的結(jié)果就不是你想要的結(jié)果。
 
EM231和Em235模塊的DIP開(kāi)關(guān)設(shè)置說(shuō)明：
 
(2)正確的接線，對(duì)應(yīng)不同類(lèi)型的傳感器需要按照其正確的接線方式進(jìn)行接線。
 
對(duì)于電壓信號(hào)的接線：
 
電流信號(hào)接線圖:
 
(3)如果使用電流信號(hào)輸入的時(shí)候，對(duì)于未使用的通道需要進(jìn)行短接。
 
(4)對(duì)于使用的是不同的電源，即傳感器電源和供電電源不是用一個(gè)電源的情況下需要做等電位連接，也就是說(shuō)把他們各自的M端連接在一起。
 
(5)若使用的模擬量輸入模塊接線太長(zhǎng)或絕緣不好的情況也可能出現(xiàn)采樣所得的數(shù)字量波動(dòng)比較厲害的情況，這種情況下可以考慮使用濾波功能對(duì)其進(jìn)行濾波。在編程軟件中的系統(tǒng)塊里面可以設(shè)置其濾波功能，需要設(shè)置其采用數(shù)和死區(qū)。
 
采樣次數(shù)區(qū)域包含了由幾個(gè)采樣的平均值計(jì)算得出的值。當(dāng)N 與采樣次數(shù) 相等時(shí)計(jì)算該值。死區(qū)定義了允許偏離于平均值的大值。

應(yīng)用
■ 避免控制器故障引起的停機(jī)。主要用于生產(chǎn)、能源、供水系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)助航照明、編組站系統(tǒng)等領(lǐng)域。
■ 避免因工廠故障造成數(shù)據(jù)丟失而導(dǎo)致的高昂重啟成本。主要用于行李處理、高架倉(cāng)庫(kù)、跟蹤和追溯等領(lǐng)域。
■ 在工廠或機(jī)器停機(jī)時(shí)保護(hù)工廠、工件和材料。主要用于爐子、半導(dǎo)體、船舶等領(lǐng)域。
■ 無(wú)監(jiān)督和維修人員亦能保障正常運(yùn)行。主要用于污水處理廠、隧道、船閘、樓宇系統(tǒng)等領(lǐng)域。

效益
簡(jiǎn)單、高效的工程組態(tài)
  與在標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中一樣，SIMATIC S7-400H 可以使用所有 STEP 7 編程語(yǔ)言進(jìn)行編程。可以很容易的把程序從標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)遷移到冗余系統(tǒng)中，反之亦然。當(dāng)加載程序時(shí)，它會(huì)自動(dòng)傳送到兩個(gè)冗余控制器中。使用 STEP 7，可以對(duì)特定冗余功能和配置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

出色的診斷和模塊更換優(yōu)勢(shì)   
■  利用集成的自我診斷功能，系統(tǒng)可以提前檢測(cè)故障和發(fā)送信號(hào)，避免故障對(duì)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生影響。這樣可以有針對(duì)性地替換故障組件，加快維修進(jìn)程。
■   可以在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)所有組件進(jìn)行熱插拔。更換一個(gè) CPU 后，當(dāng)前的所有程序和數(shù)據(jù)可以自動(dòng)重新裝載。
■   即使在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，也可以修改程序（例如，程序塊的修改和重新裝載），更改配置（例如，增加或刪減 DP從站或模塊）以及改變 CPU 的內(nèi)存分配。

設(shè)計(jì)和功能
根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，所有自動(dòng)化組件（無(wú)論是機(jī)械式、機(jī)電式，還是電子式）都會(huì)出現(xiàn)故障。因此，工廠維護(hù)和工廠改造也就必不缺少。在實(shí)際應(yīng)用中，期待的可用性是不現(xiàn)實(shí)的。
通過(guò)西門(mén)子 SIMATIC S7-400H，能夠大限度地降低生產(chǎn)故障機(jī)率，大化生產(chǎn)率。

  SIMATIC S7-400H 具有以下功能：
  ■ 出現(xiàn)故障時(shí)，能夠無(wú)擾切換
  ■ 集成故障檢測(cè)功能；提前檢測(cè)故障，避免影響生產(chǎn)過(guò)程
  ■ 在線維護(hù)，即可在工廠運(yùn)行期間，更換故障組件
  ■ 組態(tài)更改，即可在工廠運(yùn)行期間，進(jìn)行工廠擴(kuò)容
  ■ 自動(dòng)事件同步
  ■ 高可用性通信
  ■ 冗余連接I/O 設(shè)備

S7-400 PNH CPU的同步模塊分為兩種，一種用于長(zhǎng)10m 的 FOC patch 光纖，另一種用于長(zhǎng)10km 的單模全雙工 LC/LC 光纖（9/125 μ）。

冗余系統(tǒng)的同步光纖分為1m、2m、10m 和10km 四種。同步速率達(dá)到400Mbps。
S7-400 標(biāo)準(zhǔn)控制器

說(shuō)明
有一系列從入門(mén)級(jí)CPU直到高性能CPU，用于配置控制器。所有CPU控制大量結(jié)構(gòu);多個(gè)CPU可以在一個(gè)多值計(jì)算配置中一起工作以提高性能。由于CPU的高處理速度和確定性的響應(yīng)時(shí)間，可縮短機(jī)器的循環(huán)周期。

不同的CPU具有不同性能，例如，工作存儲(chǔ)器，地址范圍，連接數(shù)量和執(zhí)行時(shí)間。十款款標(biāo)準(zhǔn)的CPU，集成PROFIBUS、PROFINET 總線接口。

應(yīng)用
S7- 400尤其適合于加工工業(yè)中的數(shù)據(jù)密集型任務(wù)。高處理速度和確定性的響應(yīng)時(shí)間，縮短高速機(jī)械制造業(yè)設(shè)備控制的循環(huán)周期。

S7 - 400用于整體協(xié)調(diào)各種設(shè)備，控制低級(jí)別的系統(tǒng)。這是由高速通訊能力和集成接口來(lái)保證的。

在S7- 400的許多器件也可用于環(huán)境條件下的SIPLUS版本。

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