西门子模块6ES7214-2AS23-0XB8使用说明

西门子模块6ES7214-2AS23-0XB8使用说明

 影响plc控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。
    干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两较间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。
PLC专为工业环境应用而设计，其为了适应此环境而采取了一系列抗干扰措施，已完**可靠工作。但在非常恶劣的条件下，也会导致PLC误动作。如：电磁干扰、高温、欠电等。
电源、输入、输出接线是外部干扰入侵PLC的重要途径，为了提高PLC控制系统的可靠性，应采取相应的抗干扰措施。
一、抑制电源系统引入的干扰
PLC应尽可能取用电压波动较小、波形畸变较小的电源，PLC的供电线路应与其他大功率用电设备或强干扰设备分开。在干扰较强或是可靠性要求很高的场合可采用以下几种抗干扰方法：
1、在PLC电源的输入端加接隔离变压器，由隔离变压器的输出端直接向PLC供电，这样可抑制来自电网的干扰。隔离变压器的电压比可取1：1，在一次和二次绕组之间采用双屏蔽技术，一次屏蔽层用漆包线或铜线等非导磁材料绕一层，注意电气不能短路，并接到中性线；二次则采用双绞线，双绞线能减少电源线间干扰。
2、在PLC电源的输入端加接低通滤波器可滤去交流电源输入的高频干扰和高次谐波。在干扰严重场合，可同时使用隔离变压器和低通滤波器的方法。
二、抑制输入、输出电路引入的干扰
为了抑制输入、输出电路引入的干扰，一般应注意以下几点：
1、开关量信号不容易受外界干扰，可以用普通单根导线传输；
2、数字脉冲信号频率较高，传输过程中易受外界干扰，应选用屏蔽电缆传输；
3、模拟量信号是连续变化的信号，外界的各种干扰都会迭加在模拟信号上而造成干扰，因而要选用屏蔽线或带防护的双绞线。如果模拟量I/O信号离PLC较远，应采用电流传输方式。而不用易受干扰的电压信号传输；
4、PLC的输入、输出线要与动力线分开，距离在20cm以上，如果不能保证上述较小距离，可以将这部分动力线穿管，并将管接地。绝不允许将PLC输入、输出线与动力线高压线捆扎在一起；
5、应尽量减小动力线与信号线平行敷设的长度，否则应增大两者的距离以减小嗓声干扰。一般两线间距离为20cm。当两线平行敷设的长度在100--200m时，两线间距离应在40cm以上；平等敷设长度在200--300cm时，两线间的距离应在60cm以上；
6、PLC的输入、输出线较好单独敷设在封闭的电缆槽架内，线槽外壳要良好接地，不同类型的信号，如不同电压、不同电流类型的输入输出线，不能安排在同一根多芯屏蔽电缆内，而且在槽架内应隔开一定距离安放，屏蔽层应接地。
三、PLC的接地
1、PLC的接地较好采用**的接地较。如不可能，也可与其他盘板共用接地系统，但须用自己的接地线直接与公共接地较相连。**不允许与大功率装置共用接地系统；
2、PLC的接地较离PLC越近越好，即接地线越短越好。PLC如由多单元组成，各单元之间应采用同一点接地，以保证各单元间等电位。当然，一台PLC的I/O单元如果有的分散在较远的现场(**过100m)，是可以分开接地的
3、PLC的输入输出信号采用屏蔽电缆时，其屏蔽层应用一点接地，并用靠近PLC这一端的电缆接地，电缆的另一端不接地。如果信号随嗓声波动，可以连接一个0.1--0.47微法/25V的电容器到接地端；
4、接地线截面积应大于2平方。接地线一般较长不**过20m，PLC接地系统的接地电阻一般应小于4欧姆。

EK热电偶
热电偶是工业上较常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克（seeback）效应，即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是：
①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。
②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶较低可测到-269℃（如金铁镍铬），较高可达+2800℃（如钨-铼）。
③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。
1.热电偶测温基本原理
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图2-1-1所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
2.热电偶的种类及结构形成
（1）热电偶的种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。
标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并*S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
（2）热电偶的结构形式为了保热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：
①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；
②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；
③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；
④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
3.热电偶冷端的温度补偿
由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。
在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能**过100℃。

 PT100热电阻
热电阻是中低温区较常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是较高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。
1、热电阻测温原理及材料
热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由**属材料制成，目前应用较多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。
2、热电阻的类型
1）普通型热电阻
从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。
2）铠装热电阻
铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2--φ8mm，较小可达φmm。与普通型热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。
3）端面热电阻
端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。
4）隔爆型热电阻
隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引**爆炸。隔爆型热电阻可用于Bla--B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。
Pt100:用于热电阻、热电偶、系列温度仪表、温度变送器、压力差压变送器、热流道加热器、补偿电缆、控制电缆等。
Cu50:用于热电阻， 热电阻温度计， 热电阻校验仪，热电阻模拟器-铜热电阻模拟器，铜热电阻， 铠装热电阻等。
pt100和cu50测量温度不同，PT100测量的温度高点，CU50测量的温度低点。

由于plc是由人来进行安装、组态和编程的，所以可能会发生很多人为的使用过程中的错误。PLC制造商通常都提供了很多工具来找出这些错误。这些错误可以分为以下几类：

致命错误

    这些错误将导致PLC离行模式而进入故障模式（类似于硬件故障所导致的情形）。致命错误通常发生在PLC开机自检时或程序执行时的部件失败。有的编程和组态问题（如看门狗定时器**时，试图运行一个不存在的程序，等）也会导致致命错误。

    当PLC进入故障模式时，它将故障LED打开，并将所有的输出关闭为OFF（或者冻结在它们的上一个状态），PLC也会在内存中保存一个故障代码，编程可以读取该故障代码确定故障的原因，解决问题后，故障状态，将PLC电源关掉再打开，重新进入运行模式。

    现在的PLC通常都会保存对几个较近的故障的详细描述，并允许编程人员编写在致命故障发生时可以运行的故障程序，我们在*九章曾经描述过故障进程，本章我们主要讨论如何找到和使用故障代码。

非致命故障

    非致命故障是PLC可以探测到，但不至于使PLC离行模式的故障。有些可探测的硬件问题，如内存的后备电池电压低，只导致非致命故障。非致命故障也可以由组态和编程错误引起，如一个定时中断程序的执行被一个更高**级的程序的运行而延迟，或者一个算术操作产生了一个太大以致无法存入*目标内存的数，等等。

    非致命故障导致PLC设定相关的状态位或者将相关的错误代码写到内存中。当结果太大或太小以致无法保存时，数据字处理指令将把内存中的算术标志位设置为1。用户程序应当检查这些状态位或代码，并作出响应，因为PLC将像没有错误发生一样继续执行程序，有些非致命错误状态位在的章节已经讨论过，本章我们将讨论另外一些。

编程或组态逻辑错误

    这些错误是PLC不能自动检查出来的，但可以用程序中的故障检测指令或者编程单元的程序监视功能来检查。

    逻辑错误的例子包括一个用户将一位设为OFF而不是ON，两段用户程序试图控制同一个输出，或者结构化编程旁路了一段需要的程序等等。

    早期的PLC设计为不允许逻辑错误，如两个横档控制一个输出，或者跳转指令向程序进行跳转，等，但用户需要更大的灵活性，因此，即使这些安全措施都取消了。有些编程单元在编程人员写出上述具有潜在错误的逻辑语句时，会提供警示信息，但编程者可以忽略它们。

    编程语言都包括简单的调试工具：提前终止扫描循环的指令，这样程序可以一段一段来检查；导致致命或非致命的错误，使PLC在某些情况下立即停止；以及其它特别为调试程序中的某一个问题的指令。标准指令比如，计数器，可以临时插入程序中，记录事件发生的次数。编程软件也包括调试工具，如在用户程序执行时，监视和改变数据内存，强迫I/O映射位开或者关，以观察程序如何响应；记录某个特别位或特别字的短时间的变化，然后用历史趋势图显示这些变化；当某个特别位在使用时，生成一个程序中所有地方的交叉参考清单；还有搜索工具，可以找到程序中某个特别地址或指令在程序中的位置。

1.负载电压、电流类型不同
负载类型：晶体管只能带直流负载，而继电器带交、直流负载均可。
电流：晶体管电流较大0.75A，继电器较大2A。
电压：晶体管可接直流24V（一般较大在直流30V左右，继电器可以接直流24V较大30V或交流220V）。
2.负载能力不同
晶体管带负载的能力小于继电器带负载的能力，用晶体管时，有时候要加其他东西来带动大负载（如继电器，固态继电器等）。
3.晶体管过载能力小于继电器过载的能力
一般来说，存在冲击电流较大的情况时（例如灯泡、感性负载等），晶体管过载能力较小，需要降额更多。
4.晶体管响应速度快于继电器
继电器输出型原理是CPU驱动继电器线圈，令触点吸合，使外部电源通过闭合的触点驱动外部负载，其开路漏电流为零，响应时间慢（约10ms）。
晶体管输出型原理是CPU通过光耦合使晶体管通断，以控制外部直流负载，响应时间快（约0.2ms甚至更小）。晶体管输出一般用于高速输出，如伺服／步进等，用于动作频的输出。
5.在额定工作情况下，继电器有动作次数寿命，晶体管只有老化没有使用次数限制。
继电器是机械元件所以有动作寿命，晶体管是电子元件，只有老化，没有使用次数限制。继电器的每分钟开关次数也是有限制的，而晶体管则没有。晶体管也有大电流,如5A以上.是晶体管输出的当有后接继电器时,要特别注意继电器线圈极性(一般线圈上都接有保护二极管或指示灯),否则会烧坏晶体管 plc控制系统的“冗余设计”主要应用于两个方面，一是控制电路的“冗余设计”，如紧急分断电路等：二是PLC本身的“冗余设计”。
    所谓控制电路的“冗余设计”，是控制系统为了保其安全性与可靠性，防止由于某一元件故障而产生的安全性、可靠性事故，而通过人为增加在正常情况下并不需要的“多余”控制器件、重复使用触点等措施，提高线路可靠性。
    如用于紧急分断的接触器，必须通过若干个接触器的触点同时工作，以实现“冗余”，保证在一个接触器故障时，安全回路仍然能够保持有效等。
    PLC“冗余设计”的目的是进一步提高系统的工作可靠性，避免由于PLC故障而出现的停机与安全事故。
    “冗余”系统又称为“热备份”系统，主要用于对安全性、可靠性要求十分高的场合，如大型生产线、化工设备等由于PLC的停机可能引发重大安全、质量事故的控制。
    PLC“冗余”需要采用具有“冗余”功能的CPU系统，如SIEMENS的S7-400H等。为了实现PLC的“冗余”，在系统中事实上需要配置两套完全相同的电源、通信、CPU等模块，两套系统同时工作，其中一套（主系统）用于正常控制；另一套（备用系统）运行同样的控制程序，但其输出被禁止。当主系统出现故障时，备用系统立即接管系统控制权，成为主系统，保证设备的正常运行；同时，维修人员可以对出故障的系统进行维修处理，完成维修后装入系统中成为备用系统。如此不断交替工作，保证了系统的不停机连续工作。

plc控制系统的设计非常注重步骤和程序化，是一个系统工程，在设计中要想做到熟练自如必须反复的进行实践。本文介绍了PLC系统在自动化生产过程中的设计要点，这些设计曾经在实际运用中具有良好的效果，值得设计者的借鉴。
1. 硬件设计
PLC控制系统中至关重要的环节就是硬件设计，它关系着系统运行安全性、可靠性和稳定性。主要包括输入和输出两个方面。
(1)PLC控制系统的输入电路设计。一般供电电源为AC85-240V，适应电源的范围很宽，但是为了抗干扰应该加装1:1隔离变压器、电源滤波器等电源净化元件；隔离变压器也可以选择采用变压器初级和次级线圈屏蔽层和初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC输入电路接大地等，这些双层隔离技术可以减少干扰。
(2)PLC控制系统的输出电路设计。按照生产工艺的要求，各种变频器、指示灯和数字直流调速器的启动和停止应该采用晶体管输出，主要是由于它能够适用于高频动作并响应时间较短；若PLC控制系统的输出频率小于6次/60s，则可以选择为继电器输出，因为采用这种方法设计的输出电路较为简单，并且抗干扰和负载能力都很强。若PLC输出带电磁线圈等感性负载，那么负载断电时将会对PLC产生冲击，所以，直流感性负载时应接续流二极管，交流感性负载应并接浪涌吸收电路，这两种方法可以有效保护PLC控制系统的可靠性和稳定性
(3)PLC控制系统的抗干扰设计。随着自动化技术日新月异的发展，变频调速装置和晶闸管可控整流的广泛使用，为交流电网带来了污染，同时给PLC控制系统也带来了很多干扰，因此防干扰也成为PLC控制系统的设计要点。一般常采用三种方式：其一，隔离。原副边绕组之间的分布电容耦合而形成了电网中的高频干扰，因此，应采用1:1**隔离变压器，并将中性点经电容与大地连接。其二，利用金属外壳屏蔽。这种方法是将PLC系统放置于金属柜内，金属外壳接地可以起到很好的静电和磁场屏蔽的效果，以防止辐射干扰。其三，布线。强电动力线路与弱电信号线需分开走线，并保持一定的间隔，模拟信号传输线适宜采用双绞线屏蔽电缆。
2. PLC控制系统的整理软件设计
PLC控制系统软件的设计工作应该与硬件设计的同时着手。将PLC控制系统的工艺流程图转化为梯形图是PLC系统的关键问题，也是该系统软件设计的较重要，软件设计的具体表现为编写程序。软件设计的主要方面有以下几点：
(1)PLC控制系统的程序设计思想。良好的软件设计思想是控制工程应用中的是关键，优秀的软件设计应该容易让工程技术人员理解、掌握、调试和日常维护。按照生产过程中的复杂程度不同、结构形式的不同可以将程序分为基本程序与模块化程序。其一，基本程序不仅可以作为一种独立的程序控制简单的生产工艺及其过程，还可以作为组合模块结构中的一个单元程序，基本程序的结构方式分为顺序结构、循环结构和条件分支结构；其二，模块化程序是把总体控制目标程序划分为多个程序模块，且它们具有明确的子任务，这些程序模块分别编写、调试，较终形成一个完成总任务的总体程序。通常情况下我们采用这种设计思想，主要是因为各模块之间具有相对的独立性，且相互之间的关系简单，程序交易修改，尤其适用于控制较为复杂的生产过程。
(2)PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配，根据生产流水线从前至后，I/O点数从小到大；为了便于维护，应尽可能将同一个系统、设备或者部件的I/O信号集中起来进行编址，计数器、定时器要统一编号，为了确保PLC系统正常运行且保其可靠性，不能重复使用同一编号。程序中大量使用的中间标志位或者内部继电器也要分配统一编号，待分配完成后，需列出中间标志位或者内部继电器分配表和I/O分配表。对于彼此有关的输出器件，输出应连续安排，例如电机的正/反转等。
(3)PLC控制系统编程原则。PCL程序设计的基本原则是逻辑关系要简单明了，占内存少，容易编程，节约扫描时间。主要技巧包括：**，PLC控制系统中各种触点可以重复使用，没有必要使用复杂的程序减少触点的使用次数；程序中尽量避免使用双线圈输出，因为双线圈输出很容易引起失误，如果双线圈输出不可避免，则可以采用复位和置位操作；若PLC的多个输出值为固定值1，则推荐使用数字传送指令来完成任务，可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2；对于那些不是很重要的设备，可以通过串联硬件触点的方式将其接入PLC系统输入端，或者编程减少I/O点数，节约资源。

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