西门子6ES7331-7PF11-0AB0使用手册

 自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各种电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，设计人员只有预先了解到各种干扰才能有效保证系统可靠运行。

　　1. 电磁干扰源及对系统的干扰

　　影响PLC控制系统的干扰源于一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。

　　干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、偶发噪声等：按声音干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地面的电位差，主要是由电网串入，、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态电压所加形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成共模电压，直接影响测控信号，造成元器件坏，这种共模干扰可为直流、亦可谓交流。共模干扰是指用于信号两级间得干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

　　2.PLC控制系统中电磁干扰的主要来源有哪些呢?

　　1) 来自空间的辐射干扰

　　空间的辐射电磁场主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰。其分布极为复杂，若plc系统置于所设频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路劲，一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰，而是对PLC通信内网络的辐射，出通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备所产生的电磁干场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泻放元件进行保护。

　　2) 来自系统外引线的干扰

　　主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场教严重。

　　3) 来自电源的干扰

　　实践证明，因电源引入的干扰造成控制系统故障的情况很多，在，工程调式中遇到过，后更换隔离性能较高的PLC电源。问题才能得到解决。

　　PLC系统的正常供电电源均由电网供电，由于电网覆盖范围广，将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路，尤其是电网内部的变化，开关操作浪涌、大型电力设备启停、交直流转动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过社电线路到电源边PLC电源通常采用隔离电源，但其结构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，隔离室不可能的。

　　4) 来自接地系统混乱时引入的干扰

　　与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰，而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC控制系统将无法正常工作。Plc控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等、接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点点位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作，例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端都接地，就存在地电位差，有电流流过地电位差，当发生异常状态加雷击时，地线电流将更大。

　　此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合回路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其他接地处理混乱，所产生的地环流可能在地线上产生不等点位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容县较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机，模拟地电位的分布将导致测量精度下降引起对信号测控的严重失真和误动作。

　　5) 来自信号线引入的干扰

　　与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰。这往往被忽略;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。

　　6) 来自PLC内部的干扰

　　主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的香花不匹配使用等。这部属于plc制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门事无法改变，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。

　　3.系统受干扰时，常会遇到以下几种主要干扰现象：

　　1) 系统发指令时，电机无规则地转动;

　　2) 信号等于零时，数字显示表数值乱跳;

　　3) 传感器工作时，PLC采集过来的信号与实际参数所对应得信号值不吻合，且误差值是随机的，无规律的;

　　4) 与交流伺服系统共用同一电源工作不正常。

　　4.怎么样才能更好、更简单解决PLC系统干扰?

　　1) 理想状态下是选用隔离性能较好的设备、选用优良的电源、动力线和信号线走线、电源接地要更加合理等，，但是需要不同设备厂商共同协作才能完成，很难做到，而且成本较高。

　　2) 利用模拟信号隔离器，有称作信号变送器、属于信号调理的范畴其主要起抗干扰作用。正因为它有特别强的抗干扰能力所以在自动化控制系统中应用非常广泛。尤其对与复杂的工业现场，控制程序越老越复杂。信号隔离器对各种模拟量信号进行输入、输出、电源三端隔离，的确是当今自动化控制系统中抗干扰的有效措施之一。

PLC在运行状态时，执行一个扫描操作所需要的时间为一个周期，这个是PLC的重要指标之一，其值为0.5~100ms。
扫描周期T=（输入—点时间*输入端子数）+（指令执行速度*指令的条数）+（输出一点的时间*输出端子书）+故障诊断时间+通讯时间
从上式可看出，扫描周期已经决定了：
1.CPU执行执行的速度
2.执行每条指令所占用的时间
3.程序中指令条数的多少
指令执行所需的时间和用户程序的长短、指令的种类和CPU执行速度是有很大关系，一般来说，一个扫描的过程中，故障诊断时间，通信时间，输入采样和输出刷新所占的时间较少，执行的时间是占了绝大部分。
PLC的响应时间是指PLC外部输出信号的改变时刻起止由它控制的有关外部输出信号变化的时刻之间的间隔，称为带后时间，这个是由输入电路时间常数，输出电路的时间常数，用户语句的安排和指令的使用，plc的循环扫描方式及PLC对I/O的刷新方式等部分组成。这个现象称为I/O延迟时间相应。
由于PLC的这种周期循环少苗工作方式，决定了相应时间的长短与收到输入信号的时刻有关。相应时间就分为短和长。
（1）短的相应时间
如果在一个扫描周期刚结束之前收到一个输入信号，在下一个扫描周期之前输入采样阶段，这个信号也就被采样，是输入更新，这个响应时间短。
（2）长相应时间
如果收到的是一个输入信号经输入延迟后，刚好错过了I/O刷新的时间，在该周期内输入信号就被视为无效，就要等下一个扫描周期才会被读入，这个时间是长的了。　供电电源的质量直接影响PLC的使用可靠性，也是故障率较高的部件，检查电压是否满足额定范围的85%～110％及考察电压波动是否频繁。频繁的电压波动会加快电压模块电子元件的老化，建议加装稳压电源。对于使用10多年的PLC系统，若常出现程序执行错误，首先应考虑电压模块供电质量。
 运行环境的检查：
     (1)PLC运行环境温度在0～60℃。温度过高将使得PLC内部元件性能恶化和故障增加，尤其是CPU会因“电子迁移”现象的加速而降低PLC的寿命。温度偏低，模拟回路的安全系数也会变小，超低温时可能引起控制系统动作不正常。解决的办法是在控制柜安装合适的轴流风扇或者加装空调，并注意经常检查。
     (2)环境相对湿度在5%～95％之间。在湿度较大的环境中，水分容易通过模块上的IC的金属表面的缺陷侵入内部，引起内部元件性能的恶化，使内部绝缘性能降低，会因高压或浪涌电压而引起短路；在极其干燥的环境下，MOS集成电路会因静电而引起击穿。
     (3)要定期吹扫内部灰尘，以保证风道的畅通和元件的绝缘。建议PLC的电控柜使用密封式结构，并且电控柜的进风口和出风口加装过滤器，可阻挡绝大部分灰尘的进入。
　　检查PLC的安装状态。各PLC单元固定是否牢固，各种I/O模块端子是否松动，PLC通信电缆的子母连接器是否完全插入并旋紧，外部连接线有无损伤。检查PLC的程序存储器的电池是否需要更换。
　　根据维修的特点可分为①外线维修，包括通信总线和I/O所连接的传感器、连接器、继电器、限位开关、保护元件、连接线和变频器等。②PLC的固件维修，包括CPU单元、I/O单元、智能单元、供电模块的内部电路维修。 PLC控制器具有一定的自检能力，而且在系统运行周期中都有自诊断处理阶段。系统工作过程中无论发生何种故障，维修人员都要遵循一定的操作步骤。
　　1．检查PLC供电是否正常。若POWER指示灯不亮，可检查供电线路和熔断器。
　　2．检查PLC系统。启动PLC查看“RUN”指示是否正常，有无报警发生。通常正在使用的PLC系统很难发生这种故障。
　　3．I/O模块的检查。I/O模块是CPU与外部控制对象沟通信息的通道，也是容易损坏的部分，因此使维修的主要内容。
　　4．工作环境的检查。主要影响的因素是温度和湿度。5．固件的维修。当确认是PLC固件损坏，好的办法是更换新的备件