西门子模块6ES7361-3CA01-0AA0功能介绍

西门子模块6ES7361-3CA01-0AA0功能介绍

可编程控制器由于抗干扰能力强，性高，编程简单，性能价格比高，在工业控制领域得到越来越广泛应用。

控制单元和下位机PLC之间采用串行通讯方式进行数据交换，通常距离在1000m以内选用485双绞线通讯方式，较常距离可选用光纤通讯，长距离也可选用无线通讯方式。下位机选用PLC控制，根据控制对象的多少，控制对象的范围，可选用一台或多台PLC进行控制，PLC之间数据交换是利用内部链接寄存器，实现数据交换和共享。由于PLC对现场进实时监控具有很高的性，且编程简单、灵活，因此越来越受到人们重视。

1、控制系统性降低的主要原因

虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。

影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有：

1)造成传输信号线短路或断路(由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害)，当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错;

2)机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制;

3)现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。

影响执行机构出错的主要原因有：

1)控制负载的接触不能动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作;

2)控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作;

3)各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统性。要提高整个控制系统的性，提高输入信号的性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽除故障，让系统、、正确地工作。

2、设计完善的故障报警系统

在自动控制系统的设计中我们设计了3级故障显示报警系统，1级设置在控制现场各控制柜面板，用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障复位/灯测试按钮，系统运行任何时间持续按该按钮3s，所有指示灯应全部点亮，如果这时有指示等不亮说明该指示灯已坏，应立即换，改按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。2级故障显示设置在控制室大屏幕监视器上，当设备出现故障时，有文字显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁，历史事件表中将记录该故障。3级故障显示设置在控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统性运行水平。

3、输入信号性研究

要提高现场输入给PLC信号的性，要选择性较高的变送器和各种开关，防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良。其次在程序设计时增加数字滤波程序，增加输入信号的可信性。

在现场输入触点后加一定时器，定时时间根据触点抖动情况和系统要的响应速度确定，一般在几十ms，这样可保证触点确实稳定闭合后，才有其它响应。模拟信号滤波可采用图2b程序设计方法，对现场模拟信号连续采样3次，采样间隔由A/D转换速度和该模拟信号变化速率决定。3次采样数据分别存放在数据寄存器DT10、DT11、DT12中，当后1次采样结束后利用数据比较、数据交换指令、数据段比较指令去掉大和小值，保留中间值作为本次采样结果存放在数据寄存器DT0中。

提高读入PLC现场信号的性还可利用控制系统自身特点，利用信号之间关系来判断信号的可信程度。如进行液位控制，由于储罐的尺寸是已知的，进液或出液的阀门开度和压力是已知的，在一定时间里罐内液体变化高度大约在什么范围是知道的，如果这时液位计送给PLC的数据和估算液位高度相差较大，判断可能是液位计故障，通过故障报警系统通知操作人员该液位计。

又如各储罐有上下液位限保护，当开关动作时发出信号给PLC，这个信号是否真实，在程序设计时我们将这信号和该罐液位计信号对比，如果液位计读数也在限位置，说明该信号是真实的;如果液位计读数不在限位置，判断可能是液位限开关故障或传送信号线路故障，同样通过报警系统通知操作人员处理该故障。由于在程序设计时采用了上述方法，大大提高了输入信号的。

4、执行机构性研究

当现场的信号准确地输入给PLC后，PLC执行程序，将结果通过执行机构对现场装置进行调节、控制。怎样保证执行机构按控制要求工作，当执行机构没有按要求工作，怎样发现故障?我们采取以下措施：当负载由接触器控制时，启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制，启动时接触器是否吸合，停止时接触器是否释放，这是我们关心的。

X0为接触器动作条件，Y0为控制线圈输出，X1为引回到PLC输入端的接触器辅助常开触点，定时器定时时间大于接触器动作时间。R0为设定的故障位，R0为ON表示有故障，做报警处理;R0为OFF表示无故障。故障具有记忆功能，由故障复位按钮。

当开启或关闭电动阀门时，根据阀门开启、关闭时间不同，设置延时时间，经过延时检测开到位或关到位信号，如果这些信号不能按时准确返回给PLC，说明阀可能有故障，做阀故障报警处理。程序设计如图3b所示。X2为阀门开启条件，Y1为控制阀动作输出，定时器定时时间大于阀开启到位时间，X3为阀到位返回信号，R1为阀故障位。

结论

我们在胜利油田胜利采油厂胜砣注聚站自动控制系统设计中采用了以上方法，经过近2年的运行证明这些方法的采用对提高系统性运行是行之有效的。

可编程控制器由于抗干扰能力强，性高，编程简单，性能价格比高，在工业控制领域得到越来越广泛应用。

控制单元和下位机PLC之间采用串行通讯方式进行数据交换，通常距离在1000m以内选用485双绞线通讯方式，较常距离可选用光纤通讯，长距离也可选用无线通讯方式。下位机选用PLC控制，根据控制对象的多少，控制对象的范围，可选用一台或多台PLC进行控制，PLC之间数据交换是利用内部链接寄存器，实现数据交换和共享。由于PLC对现场进实时监控具有很高的性，且编程简单、灵活，因此越来越受到人们重视。

1、控制系统性降低的主要原因

虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。

影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有：

1)造成传输信号线短路或断路(由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害)，当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错;

2)机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制;

3)现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。

影响执行机构出错的主要原因有：

1)控制负载的接触不能动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作;

2)控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作;

3)各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统性。要提高整个控制系统的性，提高输入信号的性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽除故障，让系统、、正确地工作。

2、设计完善的故障报警系统

在自动控制系统的设计中我们设计了3级故障显示报警系统，1级设置在控制现场各控制柜面板，用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障复位/灯测试按钮，系统运行任何时间持续按该按钮3s，所有指示灯应全部点亮，如果这时有指示等不亮说明该指示灯已坏，应立即换，改按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。2级故障显示设置在控制室大屏幕监视器上，当设备出现故障时，有文字显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁，历史事件表中将记录该故障。3级故障显示设置在控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统性运行水平。

3、输入信号性研究

要提高现场输入给PLC信号的性，要选择性较高的变送器和各种开关，防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良。其次在程序设计时增加数字滤波程序，增加输入信号的可信性。

在现场输入触点后加一定时器，定时时间根据触点抖动情况和系统要的响应速度确定，一般在几十ms，这样可保证触点确实稳定闭合后，才有其它响应。模拟信号滤波可采用图2b程序设计方法，对现场模拟信号连续采样3次，采样间隔由A/D转换速度和该模拟信号变化速率决定。3次采样数据分别存放在数据寄存器DT10、DT11、DT12中，当后1次采样结束后利用数据比较、数据交换指令、数据段比较指令去掉大和小值，保留中间值作为本次采样结果存放在数据寄存器DT0中。

提高读入PLC现场信号的性还可利用控制系统自身特点，利用信号之间关系来判断信号的可信程度。如进行液位控制，由于储罐的尺寸是已知的，进液或出液的阀门开度和压力是已知的，在一定时间里罐内液体变化高度大约在什么范围是知道的，如果这时液位计送给PLC的数据和估算液位高度相差较大，判断可能是液位计故障，通过故障报警系统通知操作人员该液位计。

又如各储罐有上下液位限保护，当开关动作时发出信号给PLC，这个信号是否真实，在程序设计时我们将这信号和该罐液位计信号对比，如果液位计读数也在限位置，说明该信号是真实的;如果液位计读数不在限位置，判断可能是液位限开关故障或传送信号线路故障，同样通过报警系统通知操作人员处理该故障。由于在程序设计时采用了上述方法，大大提高了输入信号的。

4、执行机构性研究

当现场的信号准确地输入给PLC后，PLC执行程序，将结果通过执行机构对现场装置进行调节、控制。怎样保证执行机构按控制要求工作，当执行机构没有按要求工作，怎样发现故障?我们采取以下措施：当负载由接触器控制时，启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制，启动时接触器是否吸合，停止时接触器是否释放，这是我们关心的。

X0为接触器动作条件，Y0为控制线圈输出，X1为引回到PLC输入端的接触器辅助常开触点，定时器定时时间大于接触器动作时间。R0为设定的故障位，R0为ON表示有故障，做报警处理;R0为OFF表示无故障。故障具有记忆功能，由故障复位按钮。

当开启或关闭电动阀门时，根据阀门开启、关闭时间不同，设置延时时间，经过延时检测开到位或关到位信号，如果这些信号不能按时准确返回给PLC，说明阀可能有故障，做阀故障报警处理。程序设计如图3b所示。X2为阀门开启条件，Y1为控制阀动作输出，定时器定时时间大于阀开启到位时间，X3为阀到位返回信号，R1为阀故障位。

结论

我们在胜利油田胜利采油厂胜砣注聚站自动控制系统设计中采用了以上方法，经过近2年的运行证明这些方法的采用对提高系统性运行是行之有效的。

如果无法建立与PLC的通讯连接, 请按以下步骤进行排查: 

a）检查所用电缆 。 

如果是和S7 -200/300/400 进行PPI/MPI/Profibus/通讯， 可使用MPI电缆（两端针脚对应为：3-3，4-4，5-5，8-8）或Profibus电缆（两端针脚对应为：3-3，8-8）。 

使用西门子紫色的Profibus电缆和Profibus总线连接器(或称DP接头)。 

可以使用自制的屏蔽双绞电缆, 但应妥善处理屏蔽和接地问题。西门子不对自制电缆做任何形式的承诺和保证。 

如果使用DP接头连接网络上的多个站时， 请务必注意DP接头终端电阻的状态:：网络两端的接头为ON， 中间的为 OFF； 两端接头进线端接电缆。

b） 检查和确认PLC 通讯口的设置。 

波特率是多少? 

站地址是多少? 

选择的是什么协议?

c） 在ProTool 和WinCC Flexible 中检查通讯设置。 

通讯同级的地址要填PLC实际站地址一致。注意：如果是S7-300/400的话,需要设置槽号(槽号要Step7硬件组态中CPU的槽号一致)。 

OP的地址是的，不能和该网络中任何设备的地址重复。 

波特率和PLC设置的一致。 

配置文件Profile 要与网络使用的协议一致。注意：与S7-200通讯时， 面板可以有多种选择,而PLC是协议自适应的， 无须在MicroWin中设置， 只需在MicroWin的系统块中设置端口号和波特率即可。 

选择“总线上的主站”。

d) 检查是否正确使用面板背后的通讯端口。 

与S7-200/300/400 进行PPI/MPI/Profibus 通讯时使用的是IF1B口， 面板背后的IF1B的拨段开关应保持出厂设置，都拨向OFF。

如果通过以上的排查和确认,还是无法解决，请记录下出问题时，面板上和计算机上所显示的错误信息或错误代码，以及所用电缆的型号或线序，然后拨打技术支持热线400-8104288-1 寻求西门子技术支持工程师的帮助

为防止干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施，其中，硬件抗干扰是基本和重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制和干扰源，切断干扰对系统的耦合通道，降低系统对干扰信号的敏感性。 

1. 电源系统引入的干扰 

电网的干扰，频率的波动，将直接影响到PLC系统的性与稳定性。如何抑制电源系统的干扰是提高PLC的抗干扰性能的主要环节。 

(1) 加装滤波、隔离、屏蔽、开关稳压电源系统。 

设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从电源线传导到系统中，使用隔离变压器，注意:屏蔽层要良好接地;次级连接线要使用双绕线(减少电线间的干扰)，隔离变压器的初级绕组和次级绕组应分别加屏蔽层，初级的屏蔽层接交流电网的零线;次级的屏蔽层和初级间屏蔽层接直流端。 

为了抑制电网大容量设备起停(如送水泵等)引起电网电压的波动，保持供电电压的稳压，可采用开头稳压电源。 

(2) 分离供电系统 

       PLC的控制器与I/O系统分别由各自的隔离变压器供电，并与主电源分开，这样当输入输出供电断电时，不会影响到控制器的供电。如图1所示。

图1 分离供电系统图 

2. 抑制接地系统引入的干扰 

     PLC系统分为逻辑电路接地和功率电路接地，有共地、浮地及机壳共地和电路浮地等三种方式。一般采用控制器与其它设备分别接地方式，接地时注意:接地线尽量粗，一般大于2mm2的线接地;接地点应尽量靠近控制器，接地点与控制器之间的距离不大于50m;接地线应尽量避开强电回路和主回路的电线，不能避开时，应垂直相交，应尽量缩短平行走线的长度。

实践证明，接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段，良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。

3. 抑制输入输出电路引入的干扰 

      为了实现输入输出电路上的隔离，近年来在控制系统中光电耦合得到广泛应用，已成为防止干扰的有效措施之一。光电耦合器具有以下特点:，由于是密封在一个管壳内，不会受到外界光的干扰;其次，由于靠光传送信号，切断了各部件电路之间地线的联系;三，发光二管动态电阻非常小，而干扰源的内阻一般很大，能够传送到光电耦合器输入输出的干扰信号就变得很小;四，光电耦合器的传输比和晶体管的放大倍数相比，一般很小，远不如晶体管对干扰信号那么灵敏，而光电耦合器的发光二管只有在通过一定的电流时才能发光。因此，即使是在干扰电压幅值较高的情况下，由于没有足够的能量，仍不能使发光二管发光，从而可以有效地抑制掉干扰信号。由于光电耦合器的线性区一般只能在某一特定的范围内，因此，应保证被传信号的变化范围始终在线区内。为了保证线性耦合，既要严格挑选光电耦合器，又要采取相应的非线性较正措施，否则将产生较大的误差。

(1) 光电耦合输入电路如图2所示。其中图2(a)、图2(b)用的较多，高电平时接成形式，低电平输入时接成形式。图2(c)为差动型接法，它具有两个约束条件，对于防止干扰有明显的优越性，适用于外部干扰严重的环境，当外部设备电流较大时，其传输距离可达100~200m，图2(d)考虑到COMS电路的输出驱动电流较小，不能直接带动发光二管，所以加接一级晶体管作为功率放大，需要注意的是图中发光二管和光敏三管应分别由两个电源供电，电阻值视电压高低选取。 

 PLC控制系统的接地方式可分为以下几种。 

    ①串联式单点接地

    串联式单点接地是指将多个低压电气设备的接地端子与设备就近处的同一根接地排相连接，再用导线将接地排与现场的接地装置相连接。这种接地方式的优点在于节省人力、物力；而缺点在于当公用的接地线出现断路时，如果接地系统中有一台设备漏电，就会引起其他设备的外壳上均出现电压，对人员造成威胁。 

    ②并联式单点接地

    并联式单点接地是指从各台设备的接地端子处引出一根接地线，然后将这若干条线同时接到接地装置上。这种接地方式的优点在于当接地系统中的其中一台设备接地线出现断路时，不会造成其他设备外壳出现电压，可人身；而这种接地方式的缺点在于如果是电子设备或其他对高频干扰高度敏感的电气设备，来自其他设备的高频干扰（如变频器、中频炉等晶闸管变流器件）将会从共地点串入，造成设备工作不正常。 

    ③多分支单点接地

    多分支单点接地是指将每个设备的接地端子单与接地装置相连接。多分支单点接地与并联式单点接地的区别在于设备具有单的接地体且相邻设备在电气接地回路上的距离是比较远的（如过50m) ，这就有效地避免了设备之间的电磁互干扰。

    目前，使用的PLC控制系统多采用二种接地方式。对于来自变频器等高频干扰，则通过在PLC控制系统的电源加装一个单相电源滤波器等方法解决干扰问题。

 PLC控制系统通常包括PLC设备的I/O机柜、UPS柜、继电器柜、操作台、打印台、服务器柜、仪表柜、手操盘台和栅柜等设备。在这些设备中，操作台、打印台、柜、继电器柜、UPS柜及配电柜均应设有保护接地螺钉，以提供所装设备的电源接地；PLC设备的I/O机柜、仪表柜和手操盘台应同时设置屏蔽接地汇流排和保护接地螺钉，分别作为信号接地和电源接地；对栅柜，除设置屏蔽接地汇流排和保护接地螺钉外，还应设置本安接地汇流排。

    根据有关技术规定要求，PC计算机或PLC系统信号电缆的屏蔽层不能浮空，其接地方式应符合下列规定：当信号源浮空时，屏蔽层应在PC计算机侧接地；当信号源接地时，屏蔽层应在信号源侧接地；当放大器浮空时，屏蔽层的一端与屏蔽罩相连，另一端宜接共模地。当屏蔽电缆途经接线盒分断或合并时，应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接。

    PLC控制系统信号电缆的选择与敷设应严格按照有关规定执行。屏蔽电缆的屏蔽层应按以上要求进行接地。为了提高PLC控制系统的抗干扰能力，PLC控制系统开关量输入／输出信号宜选用阻燃型对绞铜网屏蔽电缆。

    根据多个工程现场实践的经验，提出以下PLC控制系统接地的注意事项。

    ①操作员站、工程师站、网络交换机、服务器主机、系统显示器等应采用外壳接地或直接将电源地线连接至电气接地网。 

    ②PLC控制系统I/O机柜的电源接地与UPS的电源接地连接至同一个地，以保证等电位。 

    ③PLC控制系统模拟量I/O模块的信号负端，即直流24V电源的负端连接至逻辑接地排上，逻辑接地排与屏蔽接地相连接，终接入总接地排。这样可以有效共模电压的干扰。 

    ④现场控制站机柜本体与底座间夹有绝缘橡皮，屏蔽地汇流排与底座间绝缘，现场控制站按规定作好接地处理，即分别接至现场控制站接地汇流排上。 

    ⑤检测接地系统的电阻，以保证接地电阻能满足PLC控制系统的技术要求。