云南西门子S7-200SMART模块代理商优势价格

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影响输入给PLC信号出错的原因及可靠性的提高

    (1)影响输入给PLC信号出错的原因

    虽然PLC本身都具有很高的可靠性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，致使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，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，出现错误控制结果。

    ③现场传感器、检测开关自身出故障。如触点接触不良，传感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。

    (2)提高现场输入给PLC信号的可靠性

    要提高整个PLC控制系统的可靠性，必须提高输入信号的可靠性和执行器件动作的准确性。由于PLC本身有许多寄存器，可以替代原来的器件，提高设备性能价格比、利用率，发挥PLC的巨大潜能，让PLC能及时发现问题，用声光等报警方法提示给操作人员，尽快排除故障，让系统安全、可靠、正确地工作。

    首先，要选择可靠性较高的现场传感器和各种开关，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、技术处理等，增加输入信号的可信性。

    数字信号滤波一般采用程序设计方法，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求的响应速度确定，一般在几十毫秒，这样可保证触点确实稳定闭合后，才有其他响应。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，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。

    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检查该液位计。又如各储罐有上下液位极限保护，当开关动作时发出信号给PLC，程序将这信号和该储罐液位计信号对比，如果液位计读数也在极限位置，说明该信号是真实的；如果液位计读数不在极限位置，判断可能是液位极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，输人信号的可靠性大大提高。

RS485是一种低成本、易操作的通信总线，但稳定性差、相互牵制性强，通常有一个节点出现故障就会导致系统整体或局部瘫痪，而且又难以判断故障位置。RS485使用一对非平衡差分信号，这意味着网络中的每一个设备都必须通过一个信号回路连接到地，以小化数据线上的噪声。数据传输介质由一对双绞线组成，在噪声较大的环境中应加上屏蔽层。以下是常见的RS485网络故障和处理方法：

    ①若出现系统*瘫痪，大多因为某节点芯片的A、B对电源击穿，使用万用表测A、B间差模电压为零，而对地的共模电压大于3V，此时可通过测共模电压大小来排查，共模电压越大说明离故障点越近，反之越远。不同的制造商A、B线采用不同的标签规定，B线应该永远是在空闲状态下电压更高的那一根，因此，A线相当于负端“-”，B线相当于正端“+”。可在网络空闲的状态下用电压表检测，如果B线电压不比A线高，那么就存在连接问题。

    ②总线连续几个节点不能正常工作，一般是由其中的一个节点故障导致的。一个节点故障会导致邻近的2~3个节点（一般为后续）无法通信，因此将其逐一与总线脱离，如某节点脱离后总线能恢复正常，说明该节点故障。为了检查哪一个节点停止工作，需要切断每一个节点的电源并将其从网络中断开。使用欧姆表测量接收端A与B或“+”与“-”之间的电阻值，故障节点的读数通常小于200Ω，而非故障节点的读数将会比400Ω大得多。

    ③集中供电的RS485总线系统在上电时常出现部分节点不正常的问题，但每次又不*一样。这是由于RS485的收发控制端TC设计不合理，造成子系统上电时节点收发状态混乱从而导致总线堵塞，改进的方法是将各子系统加装电源开关分别上电。

    ④系统基本正常但偶尔会出现通信失败，一般是由于网络施工不合理导致系统可靠性处于临界状态，改变走线或增加中继模块。

    ⑤因MCU故障导致TC端处于长发状态而将总线拉“死”，此时应对TC端进行检查。尽管RS485规定差模电压大于200mV即能正常工作，但实际测量的结果是，一个运行良好的系统其差模电压一般在1. 2V左右（网络分布、速率的差异有可能使差模电压在0.8~1. 5V范围内）。

    当没有设备进行传输，所有设备都处于监听状态的时候，RS485网络中会出现三态状态，这将导致所有的驱动器进入高阻态，使悬空状态传回所有的RS485接收端。在节点设计中，克服这一不稳定状态典型的方法是在接收端的A和B线加装下拉和上拉电阻来模拟空闲状态。为了检查这一偏置，应在网络供电和空闲的状态下测量B线到A线的电压。为了确保远离不定状态，要求至少存在300mV的电压。如果没有安装终端电阻，偏置的要求是非常宽松的。

    一根双绞线构成的RS485网络可以上行与下行传送数据。由于没有两个发送端能够在同一时间成功地通信，所以在数据的后一位传送完毕后的一个时间片内．网络表现为空闲态，但实际上节点还没有使其驱动器进入三态状态；如果另一个设备试图在这一时间段内进行通信，将会发生结果不可预测的冲突。为了检测这种冲突，使用数字示波器来捕捉几个字节的“1”和“0”，确定一个节点在传输结束时进入三态状态所需要的时间，以确保RS485软件没有试图响应比一个字节的时间（在76. 8kb/s的速率下略大于1ms）更短的请求。

    虽然隔离是抵御电源浪涌的*道防线，但是增加多级浪涌抑制器可以削弱更大的浪涌干扰，只需保证是在网络隔离可以容忍的范围内，是在网络的高性能接地点的位置安装浪涌抑制器。

  RS485总线的远距离、多节点（32个）以及传输线成本低的特性，使其成为工业应用中数据传输的标准。基于此，RS485在自动化领域的应用非常广泛，但是在实际工程应用中RS485总线仍然存在很多问题，影响了工程的质量，为工程应用带来了很多不便。

    RS485采用差分信号负逻辑，+2V~+6V表示“0”，-6V~-2V表示“1”。RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用；现在采用的多是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上多可以挂接32个结点。在RS485通信网络中一般采用主从通信方式，即一个主机带多个从机。很多情况下，连接RS485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来，而忽略了信号地的连接。这种连接方法在许多场合是能正常工作的，但存在很大的隐患，其原因有：

    ①共模干扰问题。RS485接口采用差分方式传输信号方式，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，RS485收发器共模电压范围为-7~+12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定与可靠性，甚至损坏接口。当发送器A向接收器B发送数据时，发送器A的输出共模电压为UOS；由于两个系统具有各自独立的接地系统因而存在着地电位差UGPD，那么接收器输入端的共模电压就会达到UCM=UOS+UGPD。RS485标准规定UOS≤3V，但UGPD可能会有很大幅度（十几伏甚至数十伏的波动），并可能伴有强干扰信号，致使接收器共模输入电压UCM超出正常范围，在信号线上产生干扰电流，轻则影响正常通信，重则损坏设备。

    ②EMI问题。发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道（信号地），信号就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。

    PC默认采用RS232接口，有两种方法可在PC上位机上得到RS485电路：

    ①通过RS232/RS485转换电路将PC串口RS232信号转换成RS485信号，对于情况比较复杂的工业环境应选用防浪涌带隔离栅的产品。

    ②通过PCI多串口卡，可以直接选用输出信号为RS485类型的扩展卡。

    信号在传输过程中如果遇到阻抗突变，信号在这个地方就会引起反射，这种信号反射的原理与光从一种媒质进入另一种媒质引起反射是相似的。消除这种反射的方法，就是尽量保持传输线阻抗连续，实际工程中在电缆线的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻可减小信号反射。

    从理论上分析，在传输电缆的末端只要跨接了与电缆特性阻抗相匹配的终端电阻，就能有效地减少信号反射。但是在实际工程应用中，由于传输电缆的特性阻抗与通信波特率等应用环境有关，特性阻抗不可能与终端电阻*相等，信号反射或多或少还会存在。信号反射对数据传输的影响，归根结底是因为反射信号触发了接收器输入端的比较器，使接收器收到了错误的信号，导致CRC校验错误或整个数据帧错误。这种情况是无法改变的，只有尽量去避免它。

    PLC的基本单元与扩展单元之间电缆传送的信号小、频率高，很容易受干扰，不能与其他连线敷设在同一线槽内，应单独敷设，以防止外界信号的干扰。通信电缆要求可靠性高，有的通信电缆的信号频率很高（如上MHz），一般应选用PLC生产厂家提供的电缆（如光纤电缆）。在要求不高或信号频率较低时，也可以选用带屏蔽的多芯电缆或双绞线电缆，在要求比较高的环境下可以采用带屏蔽层的同轴电缆。

    在使用RS485接口时，对于特定的传输线路，从RS485接口到负载的数据信号传输所允许的大电缆长度与信号传输的波特率成反比，这个长度的数据传输主要受信号失真及噪声等影响。理论上RS485的长传输距离能达到1.2km，但在实际应用中传输的距离要比1. 2km短，具体能传输多远视周围环境而定。在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大，多可以加8个中继，也就是说理论上RS485的大传输距离可以达到9. 6km。如果真需要长距离传输，可以采用光缆作为传播介质，收发两端各加一个光电转换器，多模光纤的传输距离是5～10km，而采用单模光纤可达50km。

    为了提高抗*力，对PLC的外部信号、PLC和计算机之间的串行通信信息，可以考虑用光纤来传输和隔离，或采用带光电耦合器的通信接口。在腐蚀性强或潮湿的环境，需要防火、防爆的场合更适于采用这种方法。

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