Siemens西门子代理商6SL3054-0FC00-1BA0
- 供应商
- 湖南西控自动化设备有限公司
- 认证
- 西门子
- 一级代理商
- PLC触摸屏变频器
- 核心供应商
- 德国
- 总代理
- 手机号
- 17838383235
- 经理
- 徐嘉泉
- 所在地
- 中国(湖南)自由贸易试验区长沙片区开元东路1306号开阳智能制造产业园(一期)4#栋301
- 更新时间
- 2024-09-06 08:50
1.引言
在过去的几年里,计算机控制技术迅速普及,在工业生产中,诸如工业控制计算机、plc、变频器、触摸屏、机器人和柔性制造系统等设备得到了广泛应用。将这些不同的设备连接到同一网络中,实现彼此之间的数据交流,以实现分散控制和集中管理,已经成为了工业控制系统发展的主流趋势。因此,工厂自动化网络以及plc与其他设备之间的通信问题日益受到重视。通信的方式主要包括并行通信和串行通信两种。并行通信是一种以字节为单位进行数据传输的方式,它需要使用较多的数据线和控制线,因此成本较高,通常只适用于近距离通信,比如计算机与打印机之间的数据传输。而串行通信则是以二进制位为单位进行数据传输,每次只传送一位数据,相比并行通信,它所需的信号线较少,甚至少只需要两根线(即双绞线),因此更适用于距离较远的场合。在工业控制领域,计算机和plc通常都具备通用的串行通信接口,因此串行通信在工业控制中得到了广泛应用。
2.西门子s7-200 plc的rs-485通信
(1)串行通信的不同标准
串行通信采用了多种接口标准,其中包括rs-232c、rs-442a和rs-485。rs-485是rs-442a的演变形式,而rs-442a是全双工的,采用了两对平衡差分信号线,分别用于发送和接收。相比之下,rs-485只使用了一对平衡差分信号线,并不能同时进行发送和接收。
利用rs-485通信接口和双绞线,可以构建串行通信网络,实现分布式系统的连接。在系统中,多可以连接32个站,而新型的接口设备已经可以支持连接128个站。(2)s7-200的网络通信协议
s7-200的网络通信协议包括以下五种类型:点对点接口协议(ppi)、多点接口协议(mpi)、profibus协议、tcp/ip协议以及用户定义的协议(自由端口模式)。
(3)西门子s7-200 plc的rs-485通信
在西门子工业网络通信中,串行通信是一种经济高效的通信方式,而rs-485则是其关键组成部分。在系统中,r1和r2是普通电阻,阻值为10欧姆,主要用于防止rs-485信号线d+和d-短路时产生过大的电流,以免损坏芯片。
同时,z1和z2则是齐纳二极管,其钳制电压为6v,大电流为10a。24v电源和5v电源共地未经隔离。当d+或d-线上存在共模干扰电压时,通过桥式整流电路和z1、z2,可以将共模电压钳制在±6.7v,从而保护rs-485芯片sn75176。值得注意的是,该保护电路能够承受的共模干扰电压功率为60w,而保护电路和芯片内部并没有采取防静电措施。
(4)rs-232与rs-485的转换
由于个人电脑的串口采用rs-232接口,而可编程逻辑控制器(plc)的串口采用rs-485接口,因此在它们之间进行通信时,需要使用个人电脑/编程-编程接口(pc/ppi)电缆。rs-232接口与rs-485接口的引脚对应关系见下表。
3、常见故障分析
(1)常见故障现象
当plc的rs-485口经非隔离的pc/ppi电缆与电脑连接,或者在plc与plc之间,以及plc与变频器、触摸屏等设备进行通信时,通常会发生通信口损坏现象。以下是较常见的损坏情况:
r1或r2被烧断,但z1、z2和sn75176完好。这可能是由于较大的瞬态干扰电流经过r1或r2、桥式整流、z1或z2到地,z1、z2可以承受大10a电流的冲击,而这个电流在r1或r2上产生的瞬态功率为:102×10=1000w,因此会导致它们烧断。
sn75176损坏,但r1、r2和z1、z2完好。这可能主要是受到静电冲击或瞬态过电压速度快于z1、z2的动作速度所致,静电是普遍存在的,即使是人体也会产生±15kv的静电。
z1或z2、sn75176损坏,但r1和r2完好。这可能是受到高电压低电流的瞬态干扰电压将z1或z2和sn75176击穿,由于电流较小且发生时间较短,因此r1、r2不至于发热烧断。
(2)故障原因分析
从上述分析可以得知,plc接口损坏的主要原因是瞬态过电压和静电造成的。产生瞬态过电压和静电的原因复杂多样,例如由于plc内部24v电源和5v电源共地,24v电源的输出端子l+、m用于其他设备混合供电可能导致地电位变化,从而造成共模电压超出允许范围。因此,eia-485标准要求将各个rs-485接口的信号地用一条低阻值导线连接在一起,以保证各节点的地电位相等,消除地线环流。
当带电插拔未隔离的连接电缆时,由于两端电位不相等,电路中又存在诸多电感、电容等器件,插拔瞬间必然产生瞬态过电压或过电流。因此,在进行通信接头插拔时,尽量使设备处于断电状态。
连接在rs-485总线上的其他设备产生的瞬态过电压或过电流同样会流入plc,总线上连接的设备站点数越多,产生瞬态过电压的因素也越多。
当通信线路较长或存在室外架空线时,雷电是必须考虑的干扰。雷电是主要的自然干扰源,雷电产生的干扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电干扰的时域波形叠加成随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲,这个能量巨大的尖峰脉冲必然会在线路上造成过电压,导致plc等通信网络中所连接设备的损坏,应该采取措施来避免或降低损坏程度,减少损失。
4.解决方案
(1)内部处理方法
采用隔离的dc/dc转换器分别为24v电源和5v电源提供隔离。经过分析发现,三菱、欧姆龙、施耐德以及西门子的plc在profibus接口方面都采用了类似的做法。
选择带有静电保护、过热保护、输入失效保护等多种保护功能的次rs-485芯片,例如sn65hvd1176d、max3468esa等。这些芯片价格在几十元左右,而sn75176只需1.5元。
使用响应速度更快、能够承受更大瞬态功率的新型保护器件,如tvs或bl浪涌吸收器。例如,p6ke6.8ca的钳制电压为6.8v,承受瞬态功率达500w。bl器件甚至可以抵御4000a以上的大电流冲击。对于不带故障保护功能的芯片(如sn75176),可以在软件上进行一些处理,以避免通信异常。在正常数据通信之前,主机可以预先将总线驱动至大于+200mv的水平,并保持一段时间,以确保所有节点的接收器输出高电平。这样,当有效数据发送时,所有接收器都能正确接收到起始位,从而接收到完整的数据。
r1和r2采用正温度系数的自恢复保险ptc,例如jk60-010。在正常情况下,其电阻值为5欧,不会影响正常通信。当受到浪涌冲击时,大电流会通过ptc和保护器件(如tvs或bl),导致ptc的电阻值急剧增加,从而迅速减小浪涌电流。
(2)外部处理方法
使用隔离的pc/ppi电缆,尽量避免使用廉价的非隔离电缆(特别是在工业现场)。西门子公司早期生产的pc/ppi电缆(6es7901-3bf00-0xa0)是非隔离的,现在已经改为隔离电缆。
在plc的rs-485口联网时,采用隔离的总线连接器,如pfb-g。其速率可自动适应0~1.5mbps,外形和使用方法与西门子非隔离的总线连接器相同。
对于与plc联网的第三方设备,如变频器、触摸屏等,其rs-485口均使用rs-485隔离器bh-485g进行隔离。这样可以确保各rs-485节点之间无电联系,也不会产生地线环流,即使某个节点损坏也不会影响其他节点。
良好的接地是工控系统安全可靠运行的重要条件,尤其是对于工业通信网络。在工业通信网络中,至少需要三种分开的地线,并通过一点接地。其中包括低电平电路地线(如信号地线)、噪声地线(如继电器、电动机、高功率电路的地线)和机壳接地点(机械外壳、机身、机架、地盘使用)。这些地线应该与交流电源的地线相连。rs-485通信线应采用专用的屏蔽电缆,并确保屏蔽层接地到每台设备的外壳并终接地。
对于架空线系统,好在总线上设置专门的防雷设施。
5.总结
rs-485通信在工业网络通信中扮演着重要角色,其网络和接口故障是工程技术人员经常面临的问题之一,也是影响工控系统稳定运行的主要因素。通过有效处理这些问题,可以确保通信系统的稳定可靠运行,从而提高工厂自动化的效率。本文对此进行了初步探讨,希望对工程技术人员在实际问题处理中有所帮助。
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