西门子6ES7223-1HF22-0XA8千万库存

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S7-200PLC内部RS485接口电路
   
一、 S7-200PLC内部RS485接口电路图：
图中R1、R2是阻值为10欧的普通电阻，其作用是防止RS485信号D+和D-短路时产生过电流烧坏芯片，Z1、Z2是钳制电压为6V，较大电流为 10A的齐纳二极管，24V电源和5V电源共地未经隔离，当D+或D-线上有共模干扰电压灌入时，由桥式整流电路和Z1、Z2可将共模电压钳制在± 6.7V，从而保护RS485芯片SN75176（RS485芯片的允许共模输入电压范围为：-7V～+12V）。该保护电路能承受共模干扰电压功率为 60W，保护电路和芯片内部没有防静电措施。
S7-200PLC内部RS485接口电路如图(略）
二、常发生的故障现象分析：
当PLC的RS485口经非隔离的PC/PPI电缆与电脑连接、PLC与PLC之间连接或PLC与变频器、触摸屏等通信时时有通信口损坏现象发生，较常见的损坏情况如下：
●R1或R2被烧断，Z1、Z1和SN75176完好。这是由于有较大的瞬态干扰电流经R1或R2、桥式整流、Z1或Z1到地，Z1、Z2能承受较大10A电流的冲击，而该电流在R1或R2上产生的瞬态功率为：102×10=1000W，当然会将其烧断。
●SN
75176损坏，R1、R2和Z1、Z2完好。这主要可能是受到静电冲击或瞬态过电压速度快于Z1、Z2的动作速度造成的，静电无处不在，仅人体模式也会产生±15kV的静电。
●Z1或Z2、SN75176损坏，R1和R2完好。这可能是受到高电压低电流的瞬态干扰电压将Z1或Z2和SN75176击穿，由于电流较小和发生时间较短因而R1、R2不至于发热烧断。
由以析得知PLC接口损坏的主要原因是由于瞬态过电压和静电造成，产生瞬态过电压和静电的原因很多也较复杂，如由于PLC内部24V电源和5V电源共地，24V电源的输出端子L+、M为其它设备混合供电可能导致地电位变化，从而造成共模电压**出允许范围。所以EIA-485标准要求将各个 RS485接口的信号地用一条低阻值导线连接在一起以**各节点的地电位相等，地线环流！
当带电插拔未隔离的连接电缆时，由于两端电位不相等电路中又存在诸多电感、电容之类的器件，插拔瞬间必然产生瞬态过电压或过电流。
连接在RS485总线上的其它设备产生的瞬态过电压或过电流同样会流入到PLC，总线上连接的设备站点数越多，产生瞬态过电压的因素也越多。
当通信线路较长或有室外架空线时，雷电必然会在线路上造成过电压，其能量往往是巨大的，常有用户沮丧地说："联网的几十台PLC全部遭打坏了！"。
三、 解决办法：
1、从PLC内部考虑：
●采用隔离的DC/DC将24V电源和5V电源隔离，我们分析了三菱、欧姆龙、施耐德PLC以及西门子的PROFIBUS接口均是如此。
●选用带静电保护、过热保护、输入失效保护等保护措施完善的高挡次RS485芯片，如：SN65HVD1176D、MAX3468ESA等，这些芯片价格一般在十几元至几十元，而SN75176的价格仅为1.5元。
●采用响应速度更快、承受瞬态功率更大的新型保护器件TVS或BL浪涌吸收器，如P6KE6.8CA的钳制电压为6.8V，承受瞬态功率为500W，BL器件则可抗击4000A以上大电流冲击。
●R1和R2采用正温度系数的自恢复保险PTC，如JK60-010，正常情况下的电阻值为5欧，并不影响正常通信，当受到浪涌冲击时，大电流流过PTC和保护器件TVS（或BL），PTC的电阻值将骤然增大，使浪涌电流迅速减小。
2、从PLC外部考虑：
● 使用隔离的PC/PPI电缆，尽量不用廉价的非隔离电缆（特别是在工业现场）。西门子公司早期出产的PC/PPI电缆（6ES7 901-3BF00-0XA0）是不隔离的，现在也改成隔离的电缆了！
● PLC的RS485口联网时采用隔离的总线连接器，如PFB-G，速率为0～12Mbps自动适应，外形和使用方法与西门子非隔离的总线连接相同。
● 与PLC联网的第三方设备，如变频器、触摸屏等的RS485口均使用RS485隔离器BH-485G进行隔离，这样各RS485节点之间就无"电"的联系，也无地线环生，即使某个节点损坏也不会连带其它节点损坏。
● RS485通信线采用PROFIBUS总线专用屏蔽电缆，**屏蔽层接到每台设备的外壳并最后接大地。
● 对于有架空线的系统，总线上较好设置专门的防雷击设施。

一、前言

我国北方地区冬季目前普遍采用集中供暖方式进行供热。热电厂通过城市高温供热管道将热水送至各居民小区、企业中的换热站。在换热站，高温管道（以下简称一次网）中的热水与进居室暖气片（以下简称二次网）的热水通过换热器交换热量。经过换热后，二次网中热水流入各居室中。

在以上过程中，供热调度部门需要对分散在不同地理位置换热站中温度、压力、流量、液位等参数集中实时监视，控制换热站中各设备的运行。同时，根据从现场监测到的各换热站运行参数，调节热电厂运行工况，**冬季整个供暖的稳定运行。

我国现行的热力站运行管理仍处于手工操作阶段，影响了集中供热优越性的充分发挥。主要反映在：缺少全面的参数测量手段，无法对运行工况进行系统的分析判断；系统运行工况失调难以，造成用户冷热不均；供热参数未能在较佳工况下运行，供热量与需热量不匹配；运行数据不全，难以实现量化管理。搞好城市集中供热工程，必须要全面提高供热技术水平。因此，建立基于GPRS无线网络的自动监控系统，来实现各换热站现场参数的采集、调度室与各换热站的数据实时通讯控制，可以很好的解决上述缺点，可以有效提高供热系统的自动化控制水平，并且能很大程度上提高供热的管理水平。供热工程中的自动控制对于**供热系统优质供热、安全运行、经济节能、环境保护具有十分重要的作用。

GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道较其相似。因此，现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种、的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的，也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS理论带宽可达171.2Kbit/s，实际应用带宽大约在40~100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP连接，可以用于INTERNET连接、等应用。GPRS是一种新的移动数据通信业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP或X.25服务。GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用，速达160Kbps。使用GPRS技术实现数据分组发送和接收，用户永远在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。

基于GPRS网络组建的热网远程监控系统有如下特点：

●永远在线 R-8554一开机就能自动附着到GPRS网络上，并与数据中心建立通信链路，随时收发用户数据设备的数据，具有很高的实时性；

●按流量计费 R-8554一直在线，按照接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量的传递时不收费用；

●高速传输 GPRS网络的传输速度较快将达到160Kbps，速率的高低取决于移动运营商的网络设置，根据China移动的网络情况，目前可提供20~40Kbps的稳定；

●组网简单、迅速、灵活 GPRS无线DDN系统可以通过Internet网络随时随地的构建覆盖全China的虚拟移动数据通信专用网络，为广大中小用户提供接入便利，节省接入投资；

●通信链路由专业运营商维护 由于采用China移动的GPRS 数据业务，因此链路维护也由China移动负责，免除通信链路维护的后顾之忧；

●防雷击 由于采用China移动的GPRS 数据业务，所以在不影响上网的前提下，R-8554的发射功率非常小，天线非常短，而且*高架，克服了有线传输和无线电台传输容易引雷击坏设备的缺点。

 

二、系统方案

整个热网远程监控系统如图所示由三部分组成：现场换热站控制部分、GPRS部分、调度室数据中心。通过控制模块完成与SARO R-8554的数据交互。PLC定时将数据发送给SARO R-8554，同时PLC实时接收DTU发来的数据完成相应控制功能。SARO R-8554在收到PLC发来的数据会立即转发到数据中心。

(1)  现场换热站PLC将各工艺参数实时采集后通过RS-232串口通信模块将数据送往SARO R-8554通信模块；同时，还可通过该通信模块接收调度中心的指令。

(2)  GPRS部分 在对SARO R-8554通信模块进行配置时预先输入数据中心的固定IP地址。SARO R-8554通信模块收到PLC发来的数据后，把这些数据送到设置的IP地址网络服务器中，通过端口映射转发到数据中心服务器。SARO R-8554发送数据的过程为：数据送到China移动GPRS网络中，然后再经过Internet，最后在数据中心通过ADSL进行接收。

(3)  调度室数据中心 由ADSL MODEM、网络服务器、防火墙、数据中心服务器、工作站。数据中心服务器通过ADSL Modem接收来自各换热站的数据，并对数据进行存储、历史趋势分析、报表打印等，其中一部分数据还传送到全厂MIS系统。

 

三、 系统网络

该系统主要是通过SARO R-8554和移动公司GPRS网络来完成。DTU主要完成PLC与调度中心转发的任务，同时也是与移动GPRS网络的工作接口。主要设置的参数如下：

(1)  本方案是通过Internet(CMNET)实现的，这样用户的实现成本比较低。如需要高可靠性。China移动为这种应用提供了直接接入GPRS网络的方式。网络服务器通过专线方式直接接入GPRS移动基站，并获得一个固定的IP地址。各热交换站点数据*路由到Internet网络，监测点DTU也采用固定IP地址的SIM卡。采用这种方式组成点对多点网络具有实时性好、安全性高的特点，但接入费用相对较高。

(2)  数据发送目的地，即数据中心服务器或者路由器的IP地址或者域名。

(3)  与PLC的接口参数，包括波特率、停止位、奇偶校验、数据位、流控制。

(4)  SARO R-8554对于不同地区GPRS网络质量的一些参数配置。

    数据经 DTU发送到移动GPRS网络上的CGSN后，移动的GPRS网络与Internet有通道接口，因此，移动CGSN服务器可将数据经Internet再转发到数据中心服务器。

移动GPRS网络传输送来的各换热站数据经Internet，通过ADSL Modem信号解调经防火墙后送达网络服务器，再将数据包转发到*的数据中心上进行数据接收处理，与此同时数据中心服务器担负着向各换热站发送相应控制指令数据的任务。各工作站从数据中心服务器上取得数据在各自的人机界面软件上完成对各换热站的监视控制、报警、历史曲线等功能。

此外，在调度中心网络中，网络服务器与全厂MIS网络连接，负责把热网的各种运行参数送到MIS网上，供上一级相应MIS软件完成数据分析、数据挖掘等功能，大大提高热网运行的经济性。在这里，网络服务器与MIS网数据服务器的数据接口选用OPC，该接口使用方便、调试配置十分简单。

 

四、系统工艺控制描述

该方案中，所采用PLC在各换热站完成以下功能：现场温度、压力、流量、液位信号的采集；现场各调节阀的控制；现场电机、变频器的控制及运行监视。在换热站中，通过触摸屏简单易行的完成人机交互，控制各种设备稳定运行。对于现场调节阀及各种电机的控制，设计了就地控制、触摸屏控制、远程调度中心控制三种方式。

(1)  根据室外气象温度和二次网的供回水平均温度调节一次网供水或回水管道上电动调节阀，从而改变一次网进换热器的流量，**二次网的供热量。

(2)  根据室外气象温度、二次网的供回水温度、供回水压力共五个参数，来通过变频器调整循环水泵的运行频率，从而改变二次网的运行流量。（对于目前换热站中循环水泵为变频控制的采用该方案）。

(3)  根据恒压点的实测压力值与设定压力值的比较偏差，来通过变频器改变泵的运行频率，**恒压点的压力恒定。

(4)  其中，室外气象温度数据采用各新机组室外温度加权平均后经中心站处理后送往各改造机组进行自动控制。

 

五、系统功能与特点

5.1  功能

该供暖监控系统（GPRS远程监控）主要完成对工艺流程的监测、控制以及数据的处理、存储、分析以及报表打印等任务。

工艺流程显示 显示各换热站工艺流程，包括温度、压力、流量、液位等工艺参数、所有设备运行状态以及各控制回路的详细参数等；

调节回路显示 包括所有调节回路，可修改设定值、控制方式、调节参数等，并有实时趋势图便于进行PID回路整定；

设定值显示 包括所有必需参数的设定值、控制方式、调节参数以及其它联锁值、报警值等；

报表显示和打印     采用了DDE技术，从而使用户能够直接使用Excel编制报表，借助Excel的强大功能，用户可以随心所欲地编制各种各样的报表；

历史数据的存储与检索 对重要的数据进行在线存储，数据的存储时间较长为10年。可以通过历史报表或者历史趋势曲线的方式来检索历史数据；

控制

在监控计算机上可以进行远程手动控制，使用鼠标、键盘控制PLC来启动和停止现场的设备；

安全管理

   对重要设备的操作、重要参数的修改均会自动，包括登录的操作员、对设备进行的操作、时间以及修改前的参数值、修改后的参数等，以利于进行管理及事故分析；

5.2  特点

(1)  **性

本方案设计中不仅采用了**的软、硬件，而且着眼于企业“管控一体化”的需求，贯彻了数字化、信息化环保的**思想，使企业生产数据的进一步智能应用成为现实。该方案使控制系统有机地成为企业整个IT架构的一部分。

本系统采用**的计算机控制系统，主要用于城市热网的生产控制、运行操作、监视管理。控制系统配有可靠的硬件设备和功能强大、运行可靠、界面友好的系统软件、编程软件、控制软件。

(2)  高可靠性

①  与传统的无线电台传输相比，GPRS网的抗干扰能力更强，且通讯覆盖范围远远强于前者；

②  现场控制站PLC对工艺过程的控制不会因监控计算机的瘫痪而受影响；

③  现场控制站的PLC能够在恶劣的环境中长期可靠运行，并且易配置、易接线、易维护、隔离性好，结构坚固、抗腐蚀、适应较宽的温度变化范围，平均无故障间隔时间（MTBF）15年。

(3)  强大的功能

① PLC的编程语言符合IEC61131-3标准，易学、易懂、易用；

②  CPU内置软PID，并提供了丰富的指令集及函数库，用户直接调用；

③  组态软件图库丰富，网络功能强大，报警、报表、历史数据以及二次开发功能完善而易用。

(4)  优良的开放性

①  TCP/IP协议是目前开放性较好的协议，可以轻松进行系统扩展；

②  组态软件支持DDE、OPC、ODBC、SQL，且提供丰富的API编程接口，方便接入全厂MIS系统；

③  同时也为世界各大厂商，如Modicon、Siemens、AB、GE、Omron等的设备提供了完善的驱动程序库，从而可以将其它系统轻松接入本系统。

如何解决旋转编码器、光栅尺与PLC控制器之间转换接口
特点：FEATURES MHM-02型、MHM-03型
A.      MHM-02型高速光栅隔离器（光电耦合器）可以应用于包括微处理器系统TTL与PLC之间数据高速传输转换接口（如解决雷诺德旋转编码器输出与PLC控制器之间转换接口、应用于与西门子FM350-2、三菱、高速计数模块）、电动机数字光电编码器、光栅尺与PLC控制器之间转换接口、变频器脉冲信号与PLC控制器之间的信号传输、数据输进/输出转换接口、微处理器系统和计算机外设接口、利用PLC的高速计数模块可读取普通的输进点读取不到的高速脉冲，并对之进行计数，使用脉冲输出功能和脉冲序列指令型伺服电机马达配合，可构成轴定位装置。因此特别适用于电机控制应用等领域。尤其是还能克服工控系统复杂的现场环境下的强干扰，将强电传动执行机构和远程PLC控制网络系统之间电气隔离，排除强电场、强磁场等电气干扰。MHM-02型高速光电耦合模块可以分隔系统和有效保护较为敏感的电路，有效地进步了系统之间的抗干扰性能，为产业自动化控制系统中的高低电压之间提供一个完全物理隔离的安全接口。内置二路独立隔离器。具体资料www.mhm-下载、欢迎技术探讨和技术咨询
Heidenhain海德汉-光栅尺（德国）、ESSA光栅尺()、
B.      MHM-02型高速光栅隔离器常规产品输进，有PLC电平接口02A、有TTL电平接口02B，特殊要求可定制。输出，有推挽型和集电极开路输出型02AO、02BO，还有固定TTL电平输出02AT、02BT，三种任选一种。
C.     结构上采用了片状模块卡口式结构，可直接卡进标准道轨安装，安装拆卸维护方便。可以多片紧凑叠合安装在标准道轨上DIN，可节省和替换控制柜输进、输出接线端子。
一. 技术参数 SPECIFICATIONS
输进参数 bbbbb DATA  
工作电压范围 Operating Voltage Range 5  -  24 V 
输进直流电压 bbbbb DC Voltage A型为PLC电平0 - 24 V ，B型为TTL电平0 - 5V   
典型输进电流 Type bbbbb Current With Un 5 mA 
典型传输频率 Transmission Frequency MHM02A/B  0 - 800 KHz ，MHM-02AO/BO  0 - 400KHz 
输出参数 OUTPUT DATA  
工作电压范围 Operating Voltage Range 5  –  35 V （DC） 
连续负载电流输出电流 Continuous Load Current 25 mA       \    集电极开路  100 mA   
典型开关速度 Switch – Off Delay 0.5  us 
典型运行参数 TYPE GENERAL DATA  
输进输出隔离电压 Isolation Voltage in / out 2500  V 
工作温度范围 Operating Temperature Range -20 - +70 ℃ 
外形尺寸 Outside dimension 80mm ( H ) × 25mm ( W ) × 59mm ( D ) DIN
注： MHM-02AT输进PLC电平、MHM-02BT输进TTL电平，而模块的工作电源范围可DC 9 – 30 V，而输出固定为TTL电平。
     MHM-02AO输进PLC电平、MHM-02BO输进TTL电平，而模块的工作电源范围可DC 9 – 30 V，而输出为集电极开路OC。