西门子模块6ES7232-0HD22-0XA0详细

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  为便于维修工作的开展，有些PLC制造商提供维修用的仪表或设备，提供故障维修树等维修用资料；有些厂商还提供维修用的智能卡或插件板，使维修工作变得十分方便。此外，PLC的面板和结构设计也考虑了维修的方便性。例如，对需要维修的部件设置在便于维修的位置，信号灯设置在易于观察的位置，接线端子采用便于接线和换的类型等，这些设计使维修工作能方便地进行，大大缩短了维修时间。采用标准化元件和标准化工艺生产流水作业，使维修用备品备件简化等，也使维修工作变得方便。
   
    ③ 灵活性
   
    PLC的灵活性主要表现在以下3个方面：
   
    a) 编程的灵活性：PLC采用的标准编程语言有梯形图、指令表、功能图表、功能模块图和结构化文本编程语言等。使用者只要掌握其中一种编程语言就可进行编程，编程方法的多样性使编程方便。由于PLC内部采用软连接，因此，在生产工艺流程改或者生产设备换后，可不必改变PLC的硬设备，通过程序的编制与改就能适应生产的需要。这种编程的灵活性是继电器顺序控制系统和数字电路控制系统所不能比拟的。正是由于编程的柔性特点，使PLC成为工业控制领域的重要控制设备，在柔制造系统FMS，计算机集成制造系统（CIMS）和计算机流程工业系统（CIPS）中，PLC正成为主要的控制设备，得到广泛的应用；
   
    b) 扩展的灵活性：PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可以根据应用的规模不断扩展，即进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。它不仅可以通过增加输入输出卡件增加点数，通过扩展单元扩大容量和功能，也可以通过多台PLC的通信来扩大容量和功能，甚至可以与其它的控制系统如DCS或其它上位机的通信来扩展其功能，并与外部的设备进行数据交换。这种扩展的灵活性大大方便了用户；
   
    c) 操作的灵活性：操作的灵活性指设计工作量、编程工作量、和安装施工的工作量的减少。操作变得十分方便和灵活，监视和控制变得很容易。在继电器顺序控制系统中所需的一些操作得到简化，不同生产过程可采用相同的控制台和控制屏等。
    
    ④ 机电一体化
   
    为了使工业生产的过程控制平稳，，向、高产、低耗要效益，对过程控制设备和装置提出了机电一体化，即仪表、电子、计算机综合的要求，而PLC正是这一要求的产物，它是专门为工业过程而设计的控制设备，具有体积小、功能强，抗干扰性好等优点，它将机械与电气部件地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合集成在一起，因此，它已经成为当今数控技术、工业机器人、离散制造和过程流程等领域的主要控制设备，成为工业自动化三大支柱（PLC，机器人，/CAM）之一。
   
    可编程控制器现在已经成为了一个不可代替的控制系统，它们可以与其它系统通讯，提供产品报表，生产调度，诊断自身和设备的故障，这些技术上的改进，让PLC成为今天的各行各业的高质量和产量的重要的贡献者。
   
    三、开放式PLC的概念
   
    1．应用中产生的开放性需求
   
    长期以来，制造与生产企业所采用控制系统大多是的、封闭的体系结构，其构成系统的硬件是按照各自的标准量身定制的。无论是DCS，PLC还是FCS，虽然它们具有结构简单、技术成熟、产品批量大等优点，但相对日新月异的生产要求，也越来越暴露出其固有的缺点。在许多情况下，当用户要想进行功能上的扩展或变化时，都求助于系统的提供商，如想把特殊要求融入到控制系统中去时，由于它们的封闭特性那是不可能的。再者，由于采用了的控制系统，如制造厂家想转化一种控制系统也将变得为困难。诸如此类，无形中不仅提高了制造企业的成本，也成为控制系统升级换代的"瓶颈"。
   
    市场化的后果是竞争剧烈，从而要求制造商具有较强的市场适应能力，因而市场对适合中小批量加工，具有良好柔性和多功能性的制造系统的需求已逐步过对大型单一功能的制造系统的需求。这一趋势促成了一个新概念的产生，即模块化、可重构、可扩充的软硬件系统，这就是开放式控制系统。这一系统不仅能够快速、经济地适应新的加工需求，而且为制造厂提供了将其技术与任何三方的技术或产品进行集成的可能性。
   
    开放式控制系统的概念在80年代就已出现。早在1981年，美国部为了减少军备制造对日本控制系统的依赖性，开始了名为“下一代控制器（NGC）”的计划，并成立了“美国国家制造科学（NCMS）”，其主要目的是拟订并推进关于新一代开放式控制系统的详细分析与规范。作为NGC的后续工作，美国部启动了OASYS项目，其目的是建立并安装8套控制器，并在6种不同场所对其进行测试。其后有许多相关的研究计划在相继启动，其中影响较大的有美国的OMAC、欧洲的OSACA和日本的OSEC等计划。但因为这些计划的发起者是用户而不是制造商，因此，进程比较缓慢。
   
    2．大型PLC制造商的开放路线
   
    2003年，自动化行业的控制系统市场大约为每年100亿美元左右，其中99%被传统的不开放系统所占据。据机构美国自动化市场研究公司ARC（AUTOMATIONREbbbbbbCORP）调查预计，在亚洲，基于PC的控制系统、以太网的I/O模块等开放式系统的销售额预计近两年的增幅达到145%，可见在控制系统市场中，开放系统的增长率远远传统的控制系统。
   
    资金永远是向的方向流动的，那么，的大型PLC制造商当然不会对这么大的市场坐视不理。但是，分析这些PLC的制造商面对开放性的大趋势所采取的策略，却是微妙而饶有趣味的。
   
    ，大型控制系统虽然有能力推出自己的开放式控制系统，但是却都迟迟按兵不动。什么原因呢？
   
    几乎所有的制造商都已认识到了开放系统必将是自动化系统的未来。无论是SIEMENS，GE，还是ROCKWELL，还是SCHNEIDR，在他们的新产品样本中，都可以看到“开放性”的字样。但是，他们的开放性通常都是在原有的系统上层加上一些接口实现局部的互连和通信，并非真正意义上的开放。不要说控制器的底层，就是在操作站这一层，他们在实现与外界通信方面还存在着重重困难。这种状况的产生并不是由于他们无法开发出全开放的系统，而是出于其产品战略考虑，不愿也不能这样做。以西门子为例，目前，主推的是西门子用了15年时间才开发出来的S7系统，2002年的工业控制产品的销售额约为140亿马克，如果西门子要推广新的开放式系统，必然要争夺现有的S7系统的市场，而新的系统能否为现有的西门子的用户所接受，还是一个未知数，况且目前其它开放式系统的市场总额才几亿美元，尽管这个市场的增长率较高，但西门子不可能为了总共几千万美元且风险大、竞争能力不强的少量市场而放弃已经现成的数十倍的市场。西门子是这样，GE、AB都是这样。
   
    那么，这些公司对于开放式系统市场是否只能坐视不理、无能为力呢？也不是。目前，各个公司均在考虑用现有的产品组合出形式上的“开放式”系统。如西门子的PCS7和TIA概念，实际上就是用工控机下挂S7的PLC而组成的概念性的系统，宣传口号是“不仅仅是基于PC的制”，典型地表示了其一方面不想在开放式系统领域落后于他人，同时又不想失去老用户的复杂情结。GE-FANUC在2000年底推出了HCS，实际上就是用原来的产品FANUC90-30和90-70加上工控机和软件而组成的概念性的产品，才用了“为用户量身定做（TAILORED）”的概念，口号是“把DCS和PLC的优点结合起来”；也具有同样的心理。类似的还有ROCKWELL-AB的CONTROL-LOGIX，都是将原有的系统加上“开放”的标签，半推半就地走上开放式系统市场竞争的舞台。这些控制系统的目的都是相同的，那就是既不开放式系统这班航船，又可以将原有的系统尽量多地销售出去。
   
    以析可以得出结论，在开放式系统的市场竞争的初级阶段，国外各大控制系统制造商会迎合发展趋势推出自己的开放式系统，但是均会以其目前的产品为基础，在软件平台、通讯方面做些装饰性的工作，而不会真正推出的真正的开放式系统。因为这样做，对他们现有系统的市场所带来的损失是他们不愿承受的。
   
    3．目前开放式系统开发存在的问题
   
    目前上已有的开放性控制系统从严格的角度来看，它们还不具备开放性控制系统的本质特征，仍有许多需要改进之处。
   
    ，开放式控制系统的概念不清晰，没有解决开放控制系统的平台问题。各系统所采用的体系结构和通信协议并不一致，仍是自成体系，相互之间缺乏兼容性和互换性，而且对体系结构的阐述都只限于具体实现层，没有提高到理论的、抽象的层次上来，因而各系统软硬件不具备可移植性和互操作性。
    
    其次，没有充分利用像bbbbbbs、UNIX、OS/2等新型操作系统。软件开发思想与技术落后，始终处于甚至结构化程序设计的水平。没有充分利用面向对象、软件重用等软件工程中的新理论、新技术，而这些正是实现开放性控制系统的关键所在。
   
    此外，产品的升级、新、修改和维修仍然依赖于生产厂家，没有提供相应的开发工具和环境，用户无法把自己的或任何三方的思想或产品融入到系统中去。
   
    问题是，目前各大控制系统制造商并非不了解这些问题现状，而是不愿意进行实质的改进来真正满足用户的要求，用户要求开放式系统的目的是为了实现企业内部的信息流动的无缝化和软件、硬件的标准化和通用化，目前各厂家所采取的措施充其量是帮助用户向前迈了一小步，而且用户为此付出高昂的费用，如西门子的S7400仅通信模件所花的费用就占整个系统的1/3以上，开放式系统应有的性能价格比的提高用户无法享受到。这种表面的开放性并不能代表真正的开放性，不少已毫不客气地指出了这一点，许多明眼的用户也认识到了这个问题。
   
    目前，全力致力于真正开放式系统开发的反而是一些新兴的相对较小的公司，如美国的OPTO22，SOFTPLC，CONTROLSOFT以及英国的TRANSMITTON等等。这些公司没有过去的包袱，所开发的产品的市场目标也不存在抢自己饭碗的问题，所以他们可以没有后顾之忧地宣传。由于他们的产品是充分考虑了开放性的，今后将成为开放性控制系统的新的生力军。但目前，这些公司普遍没有信心对目前的市场者所占据的传统控制系统市场进行进攻，一般还是在钻一些大公司不愿或忽视做的空白市场，在上没有对现有的市场者构成威胁，因此，大公司对这些公司也没有采取什么对策。
   
    值得认真分析的是，经过两年到三年的时间，开放式系统在目前被市场者的市场中打开了一个缺口后，如占到了10%或20%左右的份额时，那些目前的市场者一定会加以重视，因为即使他们自己不去取代老产品，可能别的新兴公司也要取而代之了。这时，他们一定会全力反扑，纷纷推出自己的新一放式产品。这些大公司的转向，可以加速用户对开放性系统的接受进程，快地推进开放式系统的市场步伐。这时，大公司和小公司在开放性控制系统方面将站在同一个起跑线上，相对公平地从价格、服务、系统集成经验等各方面来进行竞争，控制系统长期被数家所的局面可望在开放式系统普及后被。

 随着微处理器、计算机和数字通讯技术的飞速发展，PLC已经广泛地应用在所有的工业领域。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电气设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。虽然PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置，在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行稳定性和较高的性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用，但是由于它直接和现场的I/0设备相连，外来干扰很容电源线或I/O传输线侵入。从而引起控制系统的误动作。

    1 PLC控制系统的安装和使用环境

    PLC是专为工业控制设计的，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。但是在PLC控制系统中，如果环境过于恶劣，或安装使用不当，会降低系统的性。PLC使用环境温度通常在0℃～55℃范围内，应避免太阳光直接照射，安装位置应远离发热量大的器件，同时应保证有足够大的散热空间和通风条件。环境湿度一般应小于85%，以保证PLC有良好的绝缘。在含有腐蚀性气体，浓雾或粉尘的场合，需将PLC封闭安装。此外，如果PLC安装位置有强烈的振动源，系统的性也会降低，所以应采取相应的减振措施。笔者在使用的过程中，就曾遇到过因使用环境不当造成PLC不能正常工作且CPU被烧毁的现象，因此环境的正确选择对PLC的运行亦相当重要。

    2 电磁干扰类型及其影响

    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波形性质来划分。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，可分为持续噪声、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时，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，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，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

    (1)共模干扰的特点是干扰的大小和方向一致，存在于电源任何一相对大地、或中线对大地间。共模干扰也称为纵模干扰。不对称干扰或接地干扰。是载流体与大地之间的干扰。

    (2)差模干扰的特点是大小相等，方向相反，存在于电源相线与中线及相线与相线之间。差模干扰也称为常模干扰、横模干扰或对称干扰。是施加于载流体之间的干扰。

    3 电磁干扰的主要来源

    PLC受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。在实际的生产环境下，外部干扰是随机的，与系统结构无关，且干扰源是无法的，只能针对具体情况加以限制；内部干扰与系统结构有关，主要通过系统内交流主电路，模拟量输入信号等引起，可合理设计系统线路来削弱和抑制内部干扰和防止外部干扰。要提高PLC控制系统的性，一方面要求PLC生产厂家用提高设备的抗干扰能力，另一方面，要求工程设计，安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。

    3.1 来自PLC系统内部的干扰

    主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂家对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门无法改变，可不多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。

    3.2 来自PLC系统外部的干扰

    3.2.1 来自空间的辐射干扰

    空间的辐射电磁场(EMI)，主要由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生，通常称为辐射干扰。其分布为复杂。其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对PLC通信网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小特别是频率有关。

    3.2.2 来自电源的干扰

    因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，换隔离性能好的PLC电源，才能解决问题。PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，如开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但因其结构及制造工艺使其隔离性并不理想。

    3.2.3 来自信号线引入的干扰

    与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常，大大降低测量精度，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起公共地系统总线回流。造成逻辑数据变化、误动和死机。甚至也会因信号引入了干扰而造成I/0模件损坏的严重后果。

    3.2.4 来自接地系统混乱的干扰

    PLC控制系统正确的接地，是为了抑制电磁信号干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰·而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地，交流地和保护地等。这样会引起各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常情况时，地线电流将大。

    此外，屏蔽层，接地线和大地也有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间形成耦合干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起信号测控失真和误动作。

    PLC输出模板采用继电器输出型时，所带的电感性负载的大小，会影响到模板内继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时应合理选择，或加隔离继电器。重要的一点，PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，若负载为直流电感性负载，则在负载两端加续流二管保护，若负载为交流点刚性负载，则在负载两端加阻容吸收电路，见图1。一般选择D为1 A，R为100 Q，C为0．47 pF。

图1 阻容吸收电路不意图

    2．4 正确选择接地点，完善接地系统

    良好的接地是保证PLC工作的一个重要条件，可避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的一般有两个：一是为了，二是为了抑制干扰。完善的接地是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

    PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点之间存在地电位差，从而引起地环路电流，影响系统正常工作。比如电缆屏蔽层单点接地，如果电缆屏蔽层两端都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将大。此外，接地线、屏蔽层和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内又会感应出电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合．信号回路受到干扰。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等的电位分布，影响PLC内模拟电路和逻辑电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机等故障。模拟地电位的分布将使测量精度下降，会引起对信号测控的严重失真和误动作。

    1)地或电源接地。将电源线接地端和柜体连线接地做为接地。若电源漏电或柜体带电，可以从接地端导入地下。

    2)系统接地。系统接地即PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地。接地电阻值不得大于4 Q，通常需将PI，C设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起，作为控制系统地。

    3)信号与屏蔽接地。一般要求信号线有的参考地，屏蔽电缆遇到可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室接地，防止形成“地环路”。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应互相连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接地。

    2．5 对变频器干扰的抑制

    变频器干扰处理一般有以下几种方式：

    1)加隔离变压器，主要针对来自电源的传导干扰，可将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前；2)使用滤波器，滤波器具有较强的抗干扰能力，可防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能；3)使用输出电抗器，在变频器和电动机之间增加交流电抗器主要是为了减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，影响其它设备正常工作。

3 矿井提升系统干扰问题及解决办法

    我矿在2007年投产了一套1 900 kw交一交变频提升系统，针对现场出现的问题采取了以下的抗干扰措施：1)把功率部分与控制部分分别安装在两层，使得功率柜对PLC以及变频控制部分的电磁干扰减至；2)PI，C系统及变频控制系统用的交流控制电源均通过UPS供电，使得高压电网侧的干扰信号不会通过电源直接传入控制系统；3)为了接地并减少接地电阻，在保证接地电阻小于1 Q的基础上，选用双根95 mm2电缆作为接地电缆；4)对于触发脉冲、电压检测信号、电流信号、测速编码器信号等关键线路，采取单敷设电缆，屏蔽层双端单接地的措施。

4 结论

    这套系统在调试初期，由于干扰问题给调试带来了一定的影响。使得接入PLC系统的位置检测信号、连锁信号出现差错。重新处理了接地与屏蔽之后，干扰的问题没有再出现。PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，才能使PLC控制系统正常工作