苏州西门子中国代理商交换机供应商

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变频器由主回路和控制回路两大部分组成，由于主回路的非线性（进行开关动作），变频器本身就是谐波干扰源，所以对电源侧和输出侧的设备会产生影响。与主回路相比，变频器的控制回路却是小能量、弱信号回路，易遭受其它装置产生的干扰，造成变频器无法工作。因此，变频器在安装使用时，对控制回路采取抗干扰措施。

1.变频器的基本控制回路
同外部进行信号交流的基本回路有模拟与数字两种：
（1）4 ~ 20mA电流信号回路（模拟）；1 ~ 5V / 0 ~ 5V电压信号回路（模拟）。
（2）开关信号回路，变频器的开停指令、正反转指令等（数字）。
外部控制指令信号通过上述基本回路导入变频器，同时干扰源也在其回路上产生干扰电势，以控制电缆为媒体入侵变频器。

2.干扰的基本类型及抗干扰措施。
（1）静电耦合干扰：指控制电缆与周围电气回路的静电容耦合，在电缆中产生的电势。
措施：
1 加大与干扰源电缆的距离，达到导体直径40倍以上是，干扰程度就不大明显。
1 在两电缆间设置屏蔽导体，再将屏蔽导体接地。
（2）静电感应干扰：指周围电气回路产生的磁通变化在电缆中感应出的电势。干扰的大小取决干扰源电缆产生的磁通大小，控制电缆形成的闭环面积和干扰源电缆与控制电缆间的相对角度。
措施：
1 一般将控制电缆与主回路电缆或其它动力电缆分离铺设，分离距离通常在30cm以上（为10cm），分离困难时，将控制电缆穿过铁管铺设。
1 将控制导体绞合，绞合间距越小，铺设的路线越短，抗干扰效果越好。
（3）电波干扰：指控制电缆成为天线，由外来电波在电缆中产生电势。
措施：同（1）和（2）所述。必要时将变频器放入铁箱内进行电波屏蔽，屏蔽用的铁箱要接地。
（4）接触不良干扰：指变频器控制电缆的电接点及继电器触电接触不良，电阻发生变化在电缆中产生的干扰。
措施：
1 对继电器触点接触不良，采用并联触点或镀金触点继电器或选用密封式继电器。
1 对电缆连接点应定期做拧紧加固处理。
（5）电源线传导干扰：指各种电气设备从同一电源系统获得供电时，由其它设备在电源系统直接产生电势。
措施：变频器的控制电源由另外系统供电；在控制电源的输入侧装设线路滤波器；装设绝缘变压器，且屏蔽接地。
（6）接地干扰：指机体接地和信号接地。对于弱电压电流回路及任何不合理的接地均可诱发的各种意想不到的干扰，比如设置两个以上接地点，接地处会产生电位差，产生干扰。
措施：
1 速度给定的控制电缆取1点接地，接地线不作为信号的通路使用。
1 电缆的接地在变频器侧进行，使用专设的接地端子，不与其它接地端子共用。并尽量减少接地端子引接点的电阻，一般不大于100d。

3.其它注意事项
（1）装有变频器的控制柜，应尽量远离大容量变压器和电动机。其控制电缆线路也应避开这些漏磁通大的设备。
（2）弱电压电流控制电缆不要接近易产生电弧的断路器和接触器。
（3）控制电缆建议采用1.25mm2或2mm2屏蔽绞合绝缘电缆。
（4）屏蔽电缆的屏蔽要连续到电缆导体同样长。电缆在端子箱中连接时，屏蔽端子要互相连接。

1 引言
长久以来，西门子全集成自动化为广大的用户提供了优良的产品和解决方案。但是随着自动化技术的进一步发展，用户对自动化系统的期望越来越高。他们不仅仅满足于使用自动化产品来构造一个自动化系统和实施一个自动化任务，他们期望着自动化的产品和技术可以在整个项目的生命周期里发挥多的作用，产生大的。

2 工程—期待的解决方案
从图1上来看，如果我们用工程学的方法来评估一个自动化系统的生命周期，我们可以把其分为设备安装阶段、系统调试阶段、设备投产运行阶段以及老化维修阶段。一般意义上讲，终用户和业主只能在设备投入生产运行以后才能从自动化系统中获得收益，而用户的投资则在安装的初期为大，随着设备采购数量的减小而减小。在进入系统调试阶段以后，主要的费用为调试工程技术人员和生产时间的占用。其中调试周期越长，则生产投运就越晚，带来的损失和投入就越大。而进入设备老化和维护阶段费用又有所上升，这主要是由于产品的老化和配件的支出。我们期待着使用全集成自动化技术特别是SIMATIC的基于PROFIBUS的系统诊断技术，为用户和业主在安装阶段、调试阶段以及设备老化阶段创造多的利润和效益。从设备安装阶段来看，如果能够有效的缩短安装周期，提高安装质量，多可以减少8%左右的安装费用。(单击鼠标)进入调试阶段如果能够有效的加快调试进度通常可以缩短整个工期的10%，也就意味着生产可以提前进行。当然，在设备投入生产运行阶段减少停机时间是用户特别是维修维护人员关心的问题。进入老化维修阶段以后，我们的目标是硬件故障可以在5分钟之内排除，这样就可以大大的减小现场维护的工作量，提高自动化系统的生产效率。

图1 利用工程学评估自动化系统的生命周期

3 SIMATIC是基于PROFIBUS的诊断技术
SIMATIC是基于PROFIBUS的诊断技术，能够优化自动化系统的工程，如图2所示。它可以为整个项目的生命周期提供支持。从设备的安装，系统的调试以及系统运行和维护阶段，系统诊断技术可以为安装工程师、调试工程师提供丰富详细的系统诊断信息;可以对设备操作员、电器维护人员以及生产设备的管控人员详细的设备诊断信息。并且，由于全集成自动化的特点，这些诊断信息可以非常轻松的以图形化的方式有效的、的显示在人机界面上。

图2 SIMATIC的诊断技术示意图

4 设备安装阶段
我们来看，在设备安装阶段如何有效的排除安装错误，如图3所示。

图3 PROFIBUS系统诊断技术

4.1 通讯电缆的快速连接技术
我们知道PROFIBUS是一套低电压、高频的实时差分信号系统。因此，通讯电缆的连接质量和信号品质就显得尤为重要。据我们的经验，95%的系统安装错误和通讯问题都是由通讯电缆连接不当造成的。因此，西门子公司提供了一整套快速有效的连接方案，如图4所示。其中包括特殊设计的快速连接电缆，快速连接接头，以及快速剥线工具。在图4上我们可以看到，根据选定的快速连接接头的型号，我们可以非常容易的在剥线工具上测量出需要剥线的长度，然后由于剥线工具当中内置的多层片可以非常的将保护层、屏敝层和支持层的电缆一次剥去，通过这种方式，可以杜绝由于屏敝层的长度不足或者通讯线过长引起的电磁兼容性问题。

图4 快速有效的连接方案

5 调试阶段
在调试阶段主要的工作就是如何有效的优化现场设备之间的通讯关系，排除错误源。

5.1 手持式总线物理测试仪BT200
手持式总线物理测试仪BT200是专门针对PROFIBUS现场连接质量的评估而设计的，如图5所示。BT200的设计对象是现场的电器施工人员。因此，通过简单的LED显示和清晰明了的按钮设计一般的电器人员不需要非常的PROFIBUS通讯和网络知识背景就可以能够立的对现场网络的连接质量进行评估和检查，通过离线模式将检测的结果传输到计算机上。BT200手持式总线物理测试仪能够非常简单的完成对于总线电缆的断线故障、短路故障、电压波动进行检查，同时通过定位电缆反射的技术可以判定电缆的长度，这样，就能够解决大多数现场连接的错误。对于连接到PROFIBUS总线上的单个设备，测试仪也能够对它们的PROFIBUS接口电路进行测试。在测试仪内部，已经集成了RS485驱动器，内置了5伏电压和RTS信号。手持式总线物理测试仪可以自动侦测所有现场可访问站点，并生成活动站列表。目前，测试仪支持多种语言版本

(2) STEP7还可以对PROFIBUS主站的诊断缓存区进行访问
STEP7还可以对PROFIBUS主站的诊断缓存区进行访问。由于每一个连接在现场的设备都会发送相应的诊断报文到PROFIBUS主站，因此，在缓存区内工程师可以发现所有想了解的诊断事件的详细内容。这些诊断事件被分成两大类，一大类是由于现场的信号触发的外部事件，另一大类是由系统内触发的内部事件。所有的事件都附带有时间标签(包括月、日、年、小时、分钟、秒和毫秒)每一个诊断事件都包含了一定长度的详细信息描述，因此，工程师可以准确的通过时间来分析诊断事件发生的原因、位置并出相应的对策。用户还可以自己定义一些用户事件，在某些条件满足的时候，发送诊断报文到PROFIBUS主站。

(3) STEP7还可以不通过缓存区直接访问到实时的诊断信息

STEP7还可以不通过缓存区直接访问到实时的诊断信息。通过在线连接的方式，STEP7可以通过PROFIBUS的路由功能对单个远程活动站进行访问。可访问的信息包括某站点的槽位信息、通道信息和对应的错误类型，相应的错误代码可以在STEP7的帮助文件中获得。

(4) STEP7工程软件非常容易的完成项目的调试
通过STEP7这样的工程软件，工程师可以非常容易的完成项目的调试，那么在设备的运行阶段对于终用户和的操作维护人员，系统诊断功能主要要满足定位故障，减小停机时间。

6 诊断中继器
图11为新开发的带有诊断功能的中继器，它可以对整个生产自动化系统进行连续不间断的级诊断。标准中继器的功能主要是为了解决信号在远距离传输过程中引起的衰减和延迟问题，标准中继器可以有效的对信号进行放大和再生处理，从而扩展网络的规模、保证良好的通讯质量。带有诊断功能的中继器集成了标准中继器的所有功能，同时具备了强大的诊断功能。在系统配置当中诊断中继器作为一个单的从站出现。在STEP7和其他标准PROFIBUS网络的配置工具当中都可以轻松的组态这个设备

可编程逻辑控制器（Programming Logic Controller, PLC）作为一台工业计算机，集数据的采集、处理、显示于一身，那么作为数据终端，数据的显示是必要的。虽然PLC本身有许多指示灯，可以观测到PLC的CPU单元、输入/单元及网络通信单元的运行工作状态，但无法显示PLC内部数据。计算机通过与PLC通信以及触摸屏都可以实现PLC显示，但价格昂贵，对一些小型不需要经常改动的系统来说是浪费。本文采用拨码开关和数码管来显示PLC内部数据，操作简单、廉，对实验教学和工程人员有参考。

（1）应用行业：机加工、过程控制等。

（2）使用产品：CJ1M（CPU22）， CS1W-ID211，CS1W-OD261

（3）应用的主要工艺点及要解决的主要问题：内部数据的动态显示

（4）应用方案简介：用高频率晶体管输出单元，结合高速定时器指令TIMH实现内部数据的动态显示。

2 动态数据显示

2.1 硬件系统设计

LED数码管有7段显示灯，可以用来显示0～9间的10个数字。CJ1M系列PLC内部通道数据一般都是四位，如果用借用每个输出点来控制一个显示灯，那么一个数码管就需要7个输出点，这显然要占用大量的输出点，是不经济的。这里选用含有内置译码电路的数码管如CD4511，可以把8421码自动译成7段码。8421码或BCD码用4个接口加选通信号，就可以显示一个数据位。将四个8421输入线组合与某个输出通道的四位相连，每个选通信号的输入信号与通道中剩下的四位相对应连接，这样一个输出通道就能显示PLC四位（一个字）内部数据。具体接线图如图1所示。

注意，这里的PLC输出模块应选用晶体管或者晶闸管输出单元，而不宜采用继电器输出单元。因为继电器输出单元为有触点开关，响应慢、速度低，不适用于高频率的通断，也不适用于动态数据显示[1]。故图1中采用OMRON公司CJ1W-OD261（64点）晶体管作为输出单元，其在本PLC机架上的IO地址分配为6.00～9.15，这里用0006通道作为内部数据的显示通道。6.00～6.03为CD4511的数据输入端A、B、C、D，其中A为位，D为位， 为高电平时锁存数据，四位数据的 端由PLC的6.04～6.07分别控制，4个数码管共占用8个输出点。

2.2 选通信号的生成

由于4个数码管 的线皆由一个I/O口控制，因此，在每一瞬间，4位LED会显示相同的字符。要想每位显示不同的字符，就采用扫描方式轮流点亮各位LED，即在每一瞬间只使某一位显示字符。使每位分时显示该位应显示字符，根据人眼视觉特性，当LED所加信号频率大于50Hz时,人眼不能感觉其变化，所以每位显示的间隔不能过20ms，也就是说要在20ms之内分时的点亮所有LED，LED越多所分的时间越短，亮度就会不足；如果增加点亮时间，又会使扫描频率下降，有闪烁感容易造成人眼的彼劳，故常采用动态扫描方式[2]。这种扫描方式仅适用于LED不过10个时的场合，本例中只有4只LED数码管，故可以选用此方法。

CJ1M系列PLC有丰富的定时指令，其定时器类型有1ms、10ms和100ms，这里选用TIMH指令[3]，定时器的设定值为#1，这样选通信号的周期为10ms。

2.3 同步化处理

PLC采用循环周期扫描工作方式，指令的执行由上至下，有左至右，的结果将影响后面；个周期的结果影响下一周期。PLC逻辑设计同步化就是设法实现：用脉冲信号控制输出及内部状态的转换，有脉冲作用的周期，执行指令才有效果；而且在脉冲信号起作用的这周期中，指令的执行结果，不改变后面指令的执行条件[4]。同步化处理的方法很多，在图2中是通过合理安排指令的先后顺序来实现同步的。

图2中，系统上电，高速定时器开始定时，10ms后，其常闭触点断开，即T0输出一个脉冲，宽度为一个扫描周期。个脉冲到了， 6.04置位，成为行的指令执行条件，但这时它的指令已经执行完毕，故在此脉冲作用期间，也不会有什么变化。依此类推，四个脉冲之后，6.07置位，6.06复位，成为工作寄存器W0.00输出的条件，五个脉冲到来，6.07复位，梯形图又回到初始状态，如此反复，分时实现四位数据的 端6.04～6.07轮流接通10ms。