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其它介绍
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可编程序控制器的合理选择
随着PLC在工业控制中的推广普及,PLC产品的种类越来越多,其结构型号、性能、容量、指令系统、编程方法等各不相同,适用场合也各有侧重。因此,合理选择 PLC,对于提高PLC在控制系统中的应用有着重要作用。
一、机型的选择
我国市场上流行的有如下几家PLC产品:
1.施耐德公司,包括早期天津仪表厂引进莫迪康公司的产品,目前有Quantum、Premium、Momentum等产品;
2.罗克韦尔公司(包括AB公司)PLC产品,目前有SLC、Micro Logix、Control Logix等产品;
3.西门子公司的产品,目前有SIMATIC S7-400/300/200系列产品;
4.GE公司的产品;
5.日本欧姆龙、三菱、富士、松下等公司产品,其中使用较多的是三菱公司F1、F2、FX2等系列产品。
PLC机型选择的基本原则是:在功能满足要求的前提下,选择**可靠、维护使用**方便以及性能价格比**的机型。通常做法是,在工艺过程比较固定、环境条件较好的场合,建议选用整体式结构的PLC;其他情况则**选用模块式结构的 PLC;对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中,一般其控制速度无须考虑,因此,选用带 A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求;而在控制比较复杂,控制功能要求比较高的工程项目中(如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等),可视控制规模及复杂程度来选用中档或**机(其中**机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等)。根据不同的应用对象,表1列出了PLC的几种功能选择。
表1 PLC的功能及应用场合
应该注意的是,同一企业应尽量做到机型统一。这样,同一机型的PLC模块可互为备用,便于备品备件的采购和管理;同时,其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发;此外,由于其外部设备通用,资源可以共享,因此,配以上位计算机后即可把控制各独立系统的多台PLC联成一个DCS系统,这样便于相互通信,集中管理。
二、I/O的选择
PLC在20世纪90年代已经形成微、小、中、大、巨型多种PLC。按I/O点数分,可分为微型PLC(32I/O)、小型PLC(256I/O)、中型PLC(1024I/O)、大型PLC(4.69I/O)、巨型PLC(8195I/O)五种。
PLC与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。PLC有许多I/O接口模块,包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其他一些特殊模块,使用时应根据它们的特点进行选择。
(一)确定I/O点数
根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时,应再增加 10%~20%的备用量,以便随时增加控制功能。对于一个控制对象,由于采用的控制方法不同或编程水平不同,I/O点数也应有所不同。表2列出了典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的I/O点数。
表2 典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的I/O点数
(二)开关量I/O
开关量I/O接口可从传感器和开关(如按钮、限位开关等)及控制设备(如指示灯、报警器、电动机起动器等)接收信号。典型的交流输入/输出信号为24~240V,直流输入/输出信号为5~240V。尽管输入电路因制造厂家不同而不同,但有些特性是相同的,如用于消除错误信号的抖动电路等。此外,大多数输入电路在高压电源输入和接口电路的控制逻辑部分之间都设有可选的隔离电路。在评估离散输出时,应考虑熔丝、瞬时浪涌保护和电源与逻辑电路间的隔离电路。熔丝电路也许在开始时花费较多,但可能比在外部安装熔丝耗资要少。
(三)模拟量I/O
模拟量输入/输出接口一般用来感知传感器产生的信号。这些接口可用于测量流量、温度和压力,并可用于控制电压或电流输出设备。这些接口的典型量程为-10~+10V、0~+11V、4~20mA或10~50mA。一些制造厂家在PLC上设计有特殊模拟接口,因而可接收低电平信号,如RTD、热电偶等。一般来说,这类接口模块可用于接收同一模块上不同类型的热电偶或RTD混合信号。
(四)特殊功能I/O
在选择一台PLC时,用户可能会面临一些特殊类型且不能用标准I/O实现的I/O限定(如定位、**输入、频率等)。此时用户应当考虑供销厂商是否提供有特殊的有助于**限度减小控制作用的模块。有些特殊接口模块自身能处理一部分现场数据,从而使CPU从繁重的任务处理中解脱出来。
(五)智能式I/O
当前,PLC的生产厂家相继推出了一些智能式的I/O模块。一般智能式I/O模块本身带有处理器,可对输入或输出信号作预先规定的处理,并将处理结果送入CPU或直接输出,这样可提高PLC的处理速度并节省存储器的容量。
综上,表3归纳了选择I/O模块的一般规则。
表3 选择PLC的I/O接口模块的一般规则
三、存储器类型及容量选择
PLC系统所用的存储器基本上由PROM、EPROM及RAM三种类型组成,存储容量则随机器的大小变化,一般小型机的**存储能力低于6kB,中型机的**存储能力可达64kB,大型机的**存储能力可上兆字节。使用时可以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型,必要时也可专门进行存储器的扩充设计。
PLC的存储器容量选择和计算的**种方法是:根据编程使用的节点数**计算存储器的实际使用容量。第二种为估算法,用户可根据控制规模和应用目的,按照表4的公式来估算。为了使用方便,一般应留有25%~30%的裕量,获取存储容量的**方法是生成程序,即用了多少字。知道每条指令所用的字数,用户便可确定准确的存储容量。表4同时给出了存储器容量的估算方法。
表4 控制目的估算存储器容量的方法
四、编程器和外部设备的选择
在系统的实现过程中,PLC的编程问题是非常重要的。用户应当对所选择PLC产品的软件功能及编程器有所了解。通常情况下,小型控制系统一般选用价格便宜的简易编程器,如果系统较大或多台PLC共用,可以选用功能强、编程方便的图形编程器。如果有个人计算机,可以选用能在个人计算机上运行的编程软件包。同时,为了防止因干扰、锂电池电压下降等原因破坏RAM中的用户程序,可以选用EEP-ROM模块作为外部设备。
五、实例
(一)利用三菱PLC实现对印刷机的**控制
印刷机的一套电气设计属于系统设计,为了使产品性能稳定,易于维护,采用以PLC为主控器的控制方案。印刷机要求易于操作,精度高,输入、输出点较多,因此采用双机通讯。上位机采用三菱高性能的FX2N-80MR、FX2N-80MR自带I/O接口,可以接40点输入,40点输出,主要负责主传动的控制,各机组离合器的控制,以及气泵,气阀的控制等。下位机采用三菱FX2N-64MR、FX2N-64MR可以接32点输入,32点输出,主要负责水辊电机的控制,主传动的调速输出,调版电机数据采集等。上位机与下位机采用RS485, 通讯,通讯方便,可靠。同时选用了一台三菱5.7寸触摸屏,主要负责水辊电机速度显示,调版显示,以及整机故障显示等。本系统运行可靠,维护方便,操作简便直观,大大提高了胶印机的档次。
(二)欧姆龙(OMRON)PLC在石油加工工业中的应用
在石油加工工业中,大型旋转机组是装置设备的重要组成部分,重油催化裂化气压机组的联锁-自保系统从满足工艺生产需求出发,考虑到安全性、可靠性、经济性、可扩展性等因素,采用了OMRON公司生产的CPM2AH型PLC进行系统构建,CPM2AH自带I/O接口,可以接36点输入,24点输出,输出形式是继电器,并且通过RS232C串口与PC机通讯,使生产过程表现稳定,动作可靠,在事故状态下对机组及生产装置实行了自我保护,杜绝了恶性事故的扩大和蔓延,取得了显著的效果。
六、结束语
随着科技的不断进步,PLC的种类日益繁多,功能也逐渐增强。文章中尽管归纳了一些选用PLC的方法,但在实际工作中还一定要依据实际情况做出适当的调整,以便设计出满足期望的工业控制系统。
技术指标
1、实心裸铜线导体,2芯并合成对,芯线红绿二色。
2、铝箔、裸金属丝编织双层屏蔽,PVC外护套,阻燃,外观紫色。
3、符合VDE 0472标准;B类试验(IEC332.1)。
4、带米标识,分100米、200米、300米包装,500米、1000米木轮包装。
5、工作参数:单线传输**规格:1000m,加中继器可延长至10000m
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和所有网络一样,电缆的优劣直接影响工业以太网的优劣。而且除了高电磁干扰(EMI),工业环境中还经常有某种等级的温度、粉尘、湿度以及其他在家庭
和办公环境中不常见的影响因素。所以,如何选择电缆?在办公室内,商业等级的电缆,例如5类电缆,比较适合于10MB的网络,而5e类电缆适合于100MB网
根据ANSI/TIA-1005标准所述,6类电缆或者更好的电缆可以用于工业环境中的主机或者设备连接。6类电缆能够在100米的范围内实现1GB网络,55米范围内
现10GB网络。6e类电缆可以在100米范围内实现10GB网络。相比于5类电缆和5e类电缆,6类电缆不易受串扰和外部EMI噪声影响。工业以太网电缆的设计能
御更加严酷的工业环境对电缆的物理侵蚀。在安装6类电缆时,确保RJ45接口和插座也能够达到6类等级。较好的使用方法是,短距离布线时,使用预先做好
接插电缆,并在工厂内安装连接器。长距离布线时使用插座。、电缆、屏蔽、接地回路一些应用场合需要做屏蔽,但是如果屏蔽电缆安装不当, 那么会适得
反。当超出保护套管时,屏蔽以太网电缆在EMI环境中的性能更好。良好的接地是使用屏蔽电缆的关键。一个接地参考点是关键中的关键。 多个接地连接会
接地回路,不同接地连接处电势的不同会在电缆中引入噪声。接地回路会给你的网络带来巨大的破坏,为了解决这个问题,只在电缆的一端使用接地RJ45接
口,另一端使用绝缘的RJ45接口以消除接地回路的可能性。如果以太网电缆与电源电缆交叉布线,那么交叉角度颇有讲究。将并列的以太网电缆和电源电缆相
隔至少8到12英寸,如果电压较高或者并列距离较长,那么这个间隔距离应该更大。如果以太网电缆在金属沟槽或者套管内走线,那么相邻的沟槽或者套管必
连接在一起以实现电气连续性。大体来讲,以太网电缆尽量远离能够产生EMI的设备,例如电机、电机控制设备、照明设备、带电导体等。在面板上,以太网
缆与连接器间隔至少2英寸。当电缆远离EMI干扰源时,遵循**的电缆弯曲半径。3、交换机VS集线器简单地说,工业以太网环境中不要使用集线器。集线
不过是一个多端口的中继器。如果集线器被排除在外的话,剩下的选择就只有管理型交换机和非管理型交换机了。管理型的交换机更好,当然它的价格也比非
理型的交换机要贵。网络上的每一台设备都有一识符,就是我们所说的MAC地址,这是交换机比集线器具有的识别能力的关键。当交换机刚刚上电的时候,
的表现和集线器没有区别,将所有的通讯内容都广播出去,但随着网络上的设备将信息在交换机的不同端口上传输,交换机开始监控通讯内容,识别出哪一个
地址与哪一个端口相关,然后在MAC地址表中做出标识。一旦交换机发现设备的MAC地址与某个特定的端口相连接,它就会监控指向那个MAC地址的信息,
些信息仅仅发送给那个特定的地址。工业以太网网络有三种通讯类型。点对点的单播通讯、一对多的组播通讯和一点到所有节点的广播通讯。 当交换机的M
址表建立完成之后,管理型交换机和非管理型交换机对单播通讯和广播通讯的处理方式没有什么不同。一般来说,在100MB的带宽下,将广播频度控制在每秒
个广播。对于任何网络来说,都会或多或少地存在广播通讯。一个例子就是打印服务器会周期性地在网络上给出广播通知。:不仅仅是管理型交换机和非管理
换机的一个主要的区别就在于它们对待组播通讯的处理方式。组播通讯通常来自于搭载在工厂过程网络上的智能设备,采用面向连接的基于生产厂商/用户模型术。这种情况下的连接仅仅是网络上两个或者多个节点之间的关系。要想能够接收组内信息,设备必须加入组播通讯小组,组内所有的成员都能够接收到数据。
果仅仅是向小组发送数据,那么你无需成为小组成员。在生产厂商/用户模型中,组播通讯的主要问题就是随着小组成员数量的增加,通讯信息呈指数地增长。就需要使用管理型的交换机了。管理型交换机能够打开互联网组管理协议(IGMP)窥探功能。它是这样工作的,当IGMP窥探功能打开后,它会发出广播通讯任何组播小组内的成员。使用这些信息,加上已经建好的MAC地址表,管理型交换机就能够将组播通讯仅仅发送给组播小组内的成员。非管理型的交换机对组和广播数据的处理方式一样,都是将数据发送给每一个节点。如果网络使用了生产厂商/用户技术或者使用了组播通讯,那么管理型交换机是物有所值的不二之
5、镜像端口、故障排查考虑使用管理型交换机还有很多其他原因,这种等级的交换机通常都提供故障日志功能,能够控制每个端口的速度,具有冗余设置以及镜像功能。这些额外能力能够保证对网络行为进行更加准确的控制,而且在故障排查的时候能起到非常宝贵的作用。我们知道,对于网络上的某些节点,故障是避免的。当网络性能出现问题时,首先就要检查交换机,虽然对于大多数网络性能问题来说,交换机很少是问题的核心。交换机是系统中**可能发生问题的节点,的工作速率通常是其他网络部件工作速率的10到50倍。虽然总有一种很好的软件能够帮助你对网络故障问题进行排查,但是大多数这种软件仅仅能看到广播通讯播通讯。这实际上很合理,因为很多性能问题通常都源自不受限的组播通讯或者过多的广播通讯。如果你出于某种原因需要检查单播通讯,那么端口镜像的途径。如果网络上没有组播通讯的话,那么使用非管理型的交换机也没什么问题。在只搭载了很少设备的小型简单网络上,很多人使用非管理型的交换机。有时候也可这两种类型的交换机结合使用,将一些远程设备搭载在非管理型的交换机上,统一向管理型的交换机反馈。对于那些节点数量很多的网络,如果成本不是一个关,那么还是选择管理型的交换机吧,事后想来这确实是一个明智的选择。
InterBus现场总线作为IEC61158标准之一,广泛应用于制造业和机器加工业。汽车生产过程中的物料呼叫控制系统采用InterBus现场总线技术,
在现有生产线上进行生产物流重构,实现了企业同步化物流的需求。 InterBus现场总线作为IEC61158标准之一,是一种开放型的串行总线系统
其数据传输速度快、效率高,总线控制器和总线设备具有智能化和很强的故障诊断能力,广泛应用于制造业和机器加工业。汽车生产过程中的物料呼叫控制系统采用InterBus现场总线技术,在现有生产线上进行生产物流重构,实现了企业同步化物流的需求。该系统能使物料供应及时、
节省物料线边占用空间、减少线边库存和储位库存,自动统计缺料的工位、时间与频次,有效防止不必要的延误、等待时间和因物料短缺产生停线的问题。控制系统具有在线故障诊断功能,减少了系统故障处理的时间,提高了系统运行的可靠性和工厂生产效率。 物料呼叫控制系统由硬件和软件构成。硬件主要由工控机,现场总线控制器,总线耦合器BK模块,数字输入、输出模块DIO、SAB模块,LED显示屏,灯箱和按钮构成。现场总线控制器选用RFC430,其具有数据采集、逻辑控制、信息交换和自动诊断等功能。控制系统软件由控制程序和故障诊断程序组成。控制程序功能如下:根据汽车生产要求,当生产线线边库存低于较低值时,生产工人按下工位上对应的按钮,总线控制器根据回送的过程数据,通过一种基于InterBus现场总线的通信模块,发送该物料的名称、工位号数量等信息到LED大屏幕显示屏,同时启动音乐铃声和灯箱上对应该物料的指示灯。仓库工作人员得到信息后,按下灯箱指示灯下面对应的按钮,表示信息确认,已开始投料。总线控制器根据确认的信息,将工位按钮上方的指示灯由常亮转为闪亮状态,表示该物料正在投送中。当物流到达呼叫的工位后,操作人员恢复按钮,该物料配送过程结束。该物料的名称、呼叫工位、呼叫时间、到位时间、投料人等信息记入上位机的数据库,作为管理人员考核员工的一项指标。故障诊断程序包括运行在控制器上的诊断和自启动程序和运行在上位机(工控机)上的OPC(OLE for Process Control)应用程序。控制系统一旦出现故障,总线便停止运行。在线故障诊断程序可以**诊断故障原因,并应用OPC技术将RFC430总线控制器的诊断信息传送到上位机,上位机根据控制器传送的诊断信息,采用**数据库技术为管理层提供更为详细的故障原因以及处理方法。因此,一旦控制系统出现故障,值班人员就能根据故障诊断信息以及处理方法迅速排除故障。故障排除后,系统能自动启动总线,恢复正常运行。InterBus总线控制器RF430中的标准寄存器提供了总线运行的状态信息,也可通过控制程序操作总线系统。总线控制器中的标准寄存器包括诊断状态寄存器、诊断参数寄存器、标准功能启动寄存器、标准功能状态寄存器和标准功能参数寄存器。寄存器的地址可利用PCWORX组态软件在控制系统的输入或输出地址区域设定,以便在编程中应用。诊断状态寄存器为一个字长,每一位都反映了总线系统运行状态的某一方面情况。诊断参数寄存器为诊断状态寄存器的状态位提供更为详细的信息,当外围设备出现故障和总线出错时,诊断参数寄存器提供错误位置;当控制器和总线出错时,诊断参数寄存器提供错误代码。诊断和自启动程序在PC WORX 2.02中功能编程软件Program Worx上开发,采用ST(结构化文本)语言编程,编程后封装成功能模块FCDIAG(见图1)。该模块以诊断状态寄存器、诊断参数寄存器作为输入,经过处理之后把诊断信息赋给全局部变量ERR DIAG STATUS 和ERR DIAG_PAPA。自启动功能可以检测故障是否清除,一旦检测到故障已经清除后,通过标准功能启动寄存器,
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PROFIBUS 网络安装规范
了解了PROFIBUS的各个网络器件,这里就PROFIBUS安装的注意事项进行介绍,同时会结合一些现场的实例加以说明。
3.1网络拓扑的规则
设计一条PROFIBUS网络,首先需要了解PROFIBUS网络的拓扑规则:
① PROFIBUS网络是RS485串口通讯,半双工,支持光纤通讯;
② 每个网络理论上**多可连接127个物理站点,其中包括主站、从站以及中继设备;
③ 网络的通讯波特率9.6kbps~12Mbps,通讯波特率与通讯的距离具有一定的对应关系(见表3);
④ 每个物理网段**多32个物理站点设备,物理网段两终端都需要设置终端电阻或使用有源终端电阻;
⑤ 每个网段的通讯距离或者设备数如果超限,需要增加RS485中继器进行网络拓展,中继器**多可串联9个;
⑥ 每个中继设备(RS485中继器、OLM)也做为网络中的一个物理站点,但没有站号;
⑦ 网络支持多主站,但在同一网络中,不建议多于3个主站;
⑧ 在Step7软件中进行PROFIBUS网络组态时,应当按照从小到大的顺序设置从站站号,且应该连续;
⑨ 一般0是PG的地址,1~2为主站地址,126为某些从站默认的地址,127是广播地址,因而这些地址一般不再分配给从站,故DP从站**多可连接124个,站号设置一般为 3~125。
⑩ 如果网络中涉及到分支电缆,则应注意分支电缆的长度应当严格遵守PROFIBUS的协议规定,比如:波特率1.5Mbps时,网段中分支电缆总长度6.6米(表5)。
波特率
[kbit/s]
9.6
97.75
187.5
500
1500
分支电缆
长度(m)
500
100
33
20
6.6
? 表5 波特率与分支电缆的长度对应表
? 用户如果使用了西门子的SIMOCODE 3UF7等产品时,就会涉及到网络中存在分支电缆的问题。为了保证每个网段的分支电缆不超过规定长度,一般可以在每个抽屉柜内设计一个中继器,进行物理网段的分割,同时还可以起到隔离干扰的作用。
在进行PROFIBUS网络连接之前,首先应当考虑拓扑结构的设计是否有问题。如果拓扑结构有问题,将来网络通讯很可能出现问题。
另外,从波特率与距离的对应关系中可以看到,波特率越高,则对应的通讯距离越近,因而如果现场遇到PROFIBUS的通讯有通讯不上或者通讯不稳定的情况,也可以考虑先将波特率降低,再进行观察处理。
3.2 PROFIBUS网络安装的规则
3.2.1 网络布线的规则
①选择标准PROFIBUS通讯电缆
标准PROFIBUS通讯电缆的特性阻抗为150欧姆,这与PB头的终端电阻设置为“ON”时的终端电阻值刚好匹配,如果选择普通的电缆,其特性阻抗与终端电阻很可能不匹配,则通讯性能将会受到影响;
标准的PROFIBUS电缆往往是双层屏蔽的,屏蔽效果比较好。另外,标准通讯电缆是双绞的,因而对于信号在电缆内传输时自身产生的干扰也能够起到自我抑制的作用。
②屏蔽层多点接地
PROFIBUS电缆在插头内接线时,须将屏蔽层剥开,压在插头内的金属部分,该金属部分与当Sub-D插头外部的金属部分相连,当将插头插在CPU或者ET200M等设备的DP口上时,则通过设备连接到了安装底板,而安装底板一般是连接在柜壳上并接地的,从而实现了屏蔽层的接地。
图23 PROFIBUS 插头内部接线即屏蔽层的处理
由于接地有利于保护PLC设备以及DP通讯口,因此对于所有的PROFIBUS站点都要求进行接地处理,即“多点接地”。
③布线规则
- 不同电压等级的电缆分线槽布线
-
高电压,大电流的动力电缆,与小电压和小电流的电缆应该是分线槽布线,同时线槽应盖上盖板,尽量全封闭;如果现场无法分线槽布线,则将两类电缆尽量远离,中间加金属隔板进行隔离,同时金属线槽要做接地处理(图24)。
图24 电缆槽架以及电缆在线槽内的处理
图25 现场布线
电缆槽架之间也的连接应该保证用金属连接部件大面积连接处理,同时注意“接地”的连接。
图26 电缆桥架之间的连接以及接地处理
- 通讯电缆单独在线槽外布线时,可根据情况采用穿金属管的方式,这样既可以保护通讯电缆不被损坏,对于防止EMC的干扰也有好处,但注意外部的金属管需要接地(图25);
-
图27 现场的通讯电缆
图26中的电缆通讯直接暴露在外面,很容易被压断,类似情况可考虑局部或者全部穿管。
- 通讯电缆与动力电缆避免长距离平行布线
-
由于平行布线的两根电缆之间需要考虑空间电容耦合,因此为了避免相互之间的影响,应避免平行布线(图27)。
图28 通讯电缆在线槽内与动力电缆平行走线
在图27中,通讯电缆不仅没有满足a. 或 b. 两条原则,反而与比较大的动力电缆平行布线,这会导致该电缆比较容易受到动力电缆的干扰。
可以交叉布线:
两根交叉布线的电缆相互之间不会因为容性耦合而产生干扰。
- 尽量将电缆贴近大面积的金属板(图29)
-
图29 通讯电缆贴近金属板
通讯电缆应与大面积的金属板或“地平面”贴近。
- 通讯电缆过长时,不要形成环状(图30)
-
图30 通讯电缆形成环
此时如果有磁力线从环中间穿过时,根据“右手定律”,容易产生干扰信号。
在图30中,尽管背板是比较大的金属板,但由于项目已经完成,因而不存在电缆长度变化的可能,因此还是建议用户将过长的电缆剪短,放入柜内的电缆槽内。
- 通讯线连接的设备应做等电势连接
-
PROFIBUS 连接的站点可能分布较广,为了保证通讯的质量,一般要求所有通讯站点都应该处于同一个电压等级上,即应当都是“等电势”的(图31)。
图31 通讯站点之间应做“等电势”处理
如果两个站点的“地”之间不等电势,则当两个设备分别各自接地时,将会在两个接地点之间产生电势差,此时电流会流过通讯电缆的屏蔽层,从而对通讯产生影响。因此应该在两个设备之间进行等电势的绑定。
可以用等势线将两个设备的“地”进行连接,等势线的规格为:铜 6mm2 ,铝 16mm2,钢 50mm2 。
当然,这里不是要求所有的现场都需要增加额外的等势线而增加成本,只是建议在出现接地点电势不相等的情况时,如果影响到通讯,或者可能造成设备损坏,则应当想办法加以改进。
如果由于接地点本身的原因造成了通讯不稳定,比如某个系统的“地”本身存在着很强的干扰,则在此处将屏蔽层接地反而会对PROFIBUS通讯造成影响,因而此时应该考虑首先处理好“地”,然后再将PROFIBUS屏蔽层接地。
为现场设备提供一个良好的“地”以及进行正确的“接地”是提高EMC特性的前提(图32)。
图32 系统进行良好的接地设计和实施
- 通讯线在电柜内的布线
-
通讯电缆在电柜内布线时,也应该遵循之前的原则,即远离干扰源。
在柜内的走线应当进行精心的设计,尽量避免与高电压、大电流的电缆在同一线槽内走线(图33),同时,不要在柜内形成“环”,特别时避免将变频器等干扰源包围在
图 33 通讯电缆与动力电缆在电柜内的受干扰情况
3.2.2 通讯电缆的屏蔽层在电柜内的处理
1) 首先是PROFIBUS插头,除了之前介绍的,需要将屏蔽层压在插头的金属部分外,还需要注意屏蔽层不要剥开的太长,否则会暴露在空间,成为容易受干扰的“天线”(图34)。
图34 屏蔽层暴露在空间容易接收干扰
2) 通讯电缆的屏蔽层在进/出电气柜时,都应该进行屏蔽层接地处理
屏蔽层应该保证与接地铜排进行大面积的接触(图35)。
图35 屏蔽层的接地
通讯电缆在进/出电柜时,都应该将电缆的屏蔽层进行接地处理。这样避免外部的干扰信号进入电柜,同时也避免柜内产生的干扰对外部设备造成影响(图36)。
图36 屏蔽层在柜内进行接地处理
如果通讯电缆在柜内需要经过端子进行连接,则屏蔽层**在端子排的两侧分别进行连接(图37)。
图37 通讯电缆通过端子连接时的屏蔽层处理
而此时应当避免的做法是将屏蔽层剥开,拧成一根连接到端子(图38),这种方式在EMC领域有个名称叫做“猪尾巴”。
图38 屏蔽电缆接头处的“猪尾巴效应”
在现场的连接中,如果将屏蔽层剥开过长,则通讯电缆将有很长一段没有被屏蔽层“保护”,而屏蔽层拧成一根后将形成天线,更容易将干扰引入系统(图39)。
图39 屏蔽电缆的“猪尾巴”连接
3.2.3 过压保护
如果使用场合存在过压的危险,请在柜外采用直埋电缆,同时在柜内、柜外的电缆上采用过压保护装置(图40)。
如果存在雷击,请参照防雷设计标准进行防雷的设计。
图40 过压保护装置
3.2.4 减小变频器等干扰源设备对通讯的影响
变频器等比较大功率的设备除了通过干扰电源、通过空间辐射干扰影响设备正常运行外,随着变频器等设备具有PROFIBUS通讯的能力,这些设备产生的干扰也有可能直接进入通讯系统,因而应该对变频器进行EMC的处理。
首先是变频器的安装。在电柜内,尽量用镀锌底板替代喷漆底板做为安装背板(图41),以改善EMC特性。
图41 使用镀锌安装底板代替喷漆底板
变频器的出线,都应该进行相应的EMC处理,比如采用通讯电缆采用屏蔽电缆接地,动力电缆采用屏蔽电缆接地或者采用铁氧体磁环进行滤波处理等(图42)。
图42 对变频器的电缆进行规范的EMC处理
4 PROFIBUS诊断的常用工具
PROFIBUS是一种抗干扰性比较强的现场总线,但不时还会发生一些故障。在处理故障的过程中我们发现,造成PROFIBUS通讯出现故障的原因,80%都是**简单的原因,比如:现场没有接地处理、布线时与动力电缆没有分开等等;因此为了避免PROFIBUS网络后期运行时出现故障,首先应该注意按照PROFIBUS的规范进行网络设计,同时严格遵守安装规范的要求进行现场施工。
除此之外,现场诊断一般会使用到BT200和示波器等设备。BT200是西门子的提供的PROFIBUS网络诊断设备,可以进行网络距离检测,网络连接的质量的检查(比如断线、短路等等),常用于项目现场施工布线阶段;
图43 BT200
而示波器常常用于检测PROFIBUS通讯的波形,一般用于项目投产运行后进行网络通讯信号质量的检测。
图43 示波器显示PROFIBUS信号受到干扰时的波形
另外,STEP7等编程工具也可以做为网络诊断的一种工具。在STEP7软件中,提供了“在线诊断”的功能,可以实时的对PROFIBUS网络进行**直接的诊断。比如:哪些从站出现故障,可在STEP7的诊断缓冲区中直接得到故障信息,因此一般用于项目调试过程中以及项目运行过程中的网络诊断。
图44 Step7在线诊断功能
另外STEP7还提供了一些PROFIBUS的诊断功能块,比如FB125/FC125等,方便用户通过编程的方式在程序运行中诊断PROFIBUS网络中出现的故障,同时可将故障信息直接显示在上位机画面上。
软件的诊断方式都支持到通道级的诊断。
5 结束语
PROFIBUS总线的应用场合非常多,应用环境也各不相同,但只要严格按照PROFIBUS的规范进行网络拓扑的设计、遵守布线规则、处理好系统的“地”与“接地”等,将在很大程度上避免总线网络使用中出现的各种问题。因此,希望广大的用户在阅读本文的基础上,能够继续参照PROFIBUS的安装和使用手册来正确的应用PROFIBUS现场总线,保证PROFIBUS总线网络和整个自动化项目的正常运行。
STEP7-Mirco/WIN窗口组件使用介绍
西门子S7-200可编程控制器PLC使用STEP7-Micro/WIN32编程软件进行编程。STEP7-Micro/WIN32编程软件是基于Windows的应用软件,功能强大,主要用于开发程序,也可用于适时监控用户程序的执行状态。加上汉化后的程序,可在全汉化的界面下进行操作。
STEP7-Micro/WIN32的主界面如图3所示。
主界面一般可以分为以下几个部分:菜单条、工具条、浏览条、指令树、用户窗口、输出窗口和状态条。除菜单条外,用户可以根据需要通过检视菜单和窗口菜单决定其它窗口的取舍和样式的设置。
图3 STEP7-Micro/WIN32编程软件的主界面
1. 主菜单
主菜单包括:文件、编辑、检视、PLC、调试、工具、窗口、帮助8个主菜单项。各主菜单项的功能如下:
(1)文件(File)
文件的操作有:新建(New)、打开(Open)、关闭(Close)、保存(Save)、另存(Save As)、导入(import)、导出(Export)、上载(Upload)、下载(Download)、页面设置(Page Setup)、打印(Print)、预览、**近使用文件、退出。
导入:若从STEP 7-Micro/WIN 32编辑器之外导入程序,可使用“导入”命令导入ASCII文本文件。
导出:使用“导出”命令创建程序的ASCII文本文件,并导出至STEP7-Micro/WIN32外部的编辑器,
上载:在运行STEP 7-Micro/WIN32的个人计算机和PLC之间建立通讯后,从PLC将程序上载至运行STEP 7-Micro/WIN 32的个人计算机。
下载:在运行STEP 7-Micro/WIN32的个人计算机和PLC之间建立通讯后,将程序下载至该PLC。下载之前, PLC应位于“停止”模式。
(2)编辑(Edit)
编辑菜单提供程序的编辑工具:撤消(Undo)、剪切(Cut)、复制(Copy)、粘贴(Paste)、全选(Select All)、插入(Insert)、删除(Delete)、查找(Find)、替换(Replace)、转至(Go To)等项目。
剪切/复制/粘贴:可以在STEP 7-Micro/WIN 32项目中剪切下列条目:文本或数据栏,指令,单个网络,多个相邻的网络,POU中的所有网络,状态图行、列或整个状态图,符号表行、列或整个符号表,数据块。不能同时选择多个不相邻的网络。不能从一个局部变量表成块剪切数据并粘贴至另一局部变量表中,因为每个表的只读L内存赋值必须惟一。
插入:在LAD编辑器中,可在光标上方插入行(在程序或局部变量表中),在光标下方插入行(在局部变量表中),在光标左侧插入列(在程序中),插入垂直接头(在程序中,)在光标上方插入网络,并为所有网络重新编号,在程序中插入新的中断程序,在程序中插入新的子程序。
查找/替换/转至:可以在程序编辑器窗口、局部变量表,符号表、状态图、交叉引用标签和数据块中使用“查找”、“替换”和“转至”。
“查找”功能:查找指定的字符串,例如操作数、网络标题或指令助记符。(“查找”不搜索网络注释,只能搜索网络标题。“查找”不搜索LAD和FBD中的网络符号信息表。)
“替换”功能:替换指定的字符串。(“替换”对语句表指令不起作用。)
“转至”功能:通过指定网络数目的方式将光标**移至另一个位置。
(3)检视(View)
2 2 通过检视菜单可以选择不同的程序编辑器:LAD,STL,FBD。
2 2 通过检视菜单可以进行数据块(Data Block)、符号表(Symbol Table)、状态图表(Chart Status)、系统块(System Block)、交叉引用(Cross Reference)、通信(Communications)参数的设置。
2 2 通过检视菜单可以选择注解、网络注解(POU Comments)显示与否等。
2 2 通过检视菜单的工具栏区可以选择浏览栏(Navigation Bar)、指令树(Instruction Tree)及输出视窗(Output Window)的显示与否。
2 2 通过检视菜单可以对程序块的属性进行设置。
(4)PLC
PLC菜单用于与PLC联机时的操作。如用软件改变PLC的运行方式(运行、停止),对用户程序进行编译,清除PLC程序、电源起动重置、查看PLC的信息、时钟、存储卡的操作、程序比较、PLC类型选择等操作。其中对用户程序进行编译可以离线进行。
联机方式(在线方式):有编程软件的计算机与PLC连接,两者之间可以直接通信。
离线方式:有编程软件的计算机与PLC断开连接。此时可进行编程、编译。
联机方式和离线方式的主要区别是:联机方式可直接针对连接PLC进行操作,如上装、下载用户程序等。离线方式不直接与PLC联系,所有的程序和参数都暂时存放在磁盘上,等联机后再下载到PLC中。
PLC有两种操作模式:STOP(停止)和RUN(运行)模式。在STOP(停止)模式中可以建立/编辑程序,在RUN(运行)模式中建立、编辑、监控程序操作和数据,进行动态调试。
若使用STEP 7-Micro/WIN 32软件控制RUN/STOP(运行/停止)模式,在STEP 7-Micro/WIN 32和PLC之间必须建立通信。另外,PLC硬件模式开关必须设为TERM(终端)或RUN(运行)。
编译(Compile):用来检查用户程序语法错误。用户程序编辑完成后通过编译在显示器下方的输出窗口显示编译结果,明确指出错误的网络段,可以根据错误提示对程序进行修改,然后再编译,直至无错误。
全部编译(Compile All):编译全部项目元件(程序块、数据块和系统块)。
信息(Information):可以查看PLC信息,例如PLC型号和版本号码、操作模式、扫描速率、I/O模块配置以及CPU和I/O模块错误等。
电源起动重置(Power-Up Reset):从PLC清除严重错误并返回RUN(运行)模式。如果操作PLC存在严重错误, SF(系统错误)指示灯亮,程序停止执行。必须将PLC模式重设为STOP(停止),然后再设置为RUN(运行),才能清除错误,或使用“PLC”→“电源起动重置”。
(5)调试(Debug)
调试菜单用于联机时的动态调试,有单次扫描(First Scan)、多次扫描(Multiple Scans)、程序状态(Program Status)、触发暂停(Triggred pause)、用程序状态模拟运行条件(读取、强制、取消强制和全部取消强制)等功能。
调试时可以指定PLC对程序执行有限次数扫描(从1次扫描到65,535次扫描)。通过选择PLC运行的扫描次数,可以在程序改变过程变量时对其进行监控。**次扫描时,SM0.1数值为1(打开)。
单次扫描:可编程控制器从STOP方式进入RUN方式,执行一次扫描后,回到STOP方式,可以观察到首次扫描后的状态。
PLC必须位于STOP(停止)模式,通过菜单“调试”→“单次扫描”操作。
多次扫描:调试时可以指定PLC对程序执行有限次数扫描(从1次扫描到65,535次扫描)。通过选择PLC运行的扫描次数,可以在程序过程变量改变时对其进行监控。
PLC必须位于STOP(停止)模式时,通过菜单“调试”→“多次扫描”设置扫描次数。
(6)工具
2 2 工具菜单提供复杂指令向导(PID、HSC、NETR/NETW指令),使复杂指令编程时的工作简化。
2 2 工具菜单提供文本显示器TD200设置向导。
2 2 工具菜单的定制子菜单可以更改STEP 7-Micro/WIN 32工具条的外观或内容,以及在“工具”菜单中增加常用工具。
2 2 工具菜单的选项子菜单可以设置3种编辑器的风格,如字体、指令盒的大小等样式。
(7)窗口
窗口菜单可以设置窗口的排放形式,如层叠、水平、垂直。
(8)帮助
帮助菜单可以提供S7-200的指令系统及编程软件的所有信息,并提供在线帮助、网上查询、访问等功能。