6ES7321-1FF10-0AA0介绍说明

0　概述
　　尽管PLC（可编程序控制器）自身已具备较好的抗干扰能力，但在PLC控制系统的工程设计、应用和维护过程中，系统抗干扰能力仍然是系统可靠运行的关键。笔者在多年教学、科研和生产实践中常遇到PLC因干扰而不能正常工作的情形。因自动化系统中所使用的各种类型PLC大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求在工程设计、安装施工和使用维护中高度重视，多方配合才能解决问题，有效地增强系统的抗干扰能力。
1　干扰源分析
1．1　干扰源及其一般分类
　　对PLC系统而言，常采用共模干扰和差模干扰的分类方法。共模干扰主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电时，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差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏，这就是一些系统I／O模件损坏率较高的主要原因。这种共模干扰可为直流，亦可为交流。差模干扰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，这种干扰直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。此外，按噪声产生的原因，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质，分为持续噪声、偶发噪声等。
2．2　PLC控制系统干扰的主要来源
　　（1）来自空间的辐射干扰。空间的辐射电磁场（EMI），主要由电力网络、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，通常称为辐射干扰。其分布极为复杂。其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对PLC通信网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小特别是频率有关。
　　（2）来自电源的干扰。因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，更换隔离性能好的PLC电源，才能解决问题。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，它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，如开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但因其结构及制造工艺使其隔离性并不理想。
　　（3）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息外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；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I／O信号工作异常，大大降低测量精度，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I／O模件损坏相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。
　　（4）来自接地系统混乱的干扰。PLC控制系统正确的接地，是为了抑制电磁干扰的影响，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系统无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。这样会引起各个接地点电位分布不均，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A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常情况时，地线电流将更大。

    恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的，例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时缺水时，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。
       在旧加压设备中，恒压供水一般采用起动或停止加压站的水泵和调节出口阀开度来实现。控制系统是采用继电接触器控制线路，这种系统线路复杂，维护困难，操作麻烦，工人要24小时值班看守，劳动强度大。所以有必要对之进行改造，提高自动化水平。
      本文介绍的用于某自来水加压站快速起动恒压供水监控系统，采用松下电工生产的FP3型可编程序控制器（PLC）进行控制，用研华工控机进行监控，自动化程度高，整个工作程序自动完成，能清楚地显示各个设备的实时状态，并自动调节水压。
      本系统还设有多种保护，如水压超限报警、阀门故障报警、水位超限报警并处理、水泵电机电流过流报警并处理等。
2.     系统结构及控制要求
      恒压供水系统由主供水回路、备用回路、2个清水池及泵房组成，如图1所示。
      其中泵房装有1# ~ 6#共6台150kW泵机。另外还有多个（V1 ~ V23）电动闸阀控制各供水回路和水流量。
要求该恒压供水系统具有如下基本操作功能。 
（1） 当市政自来水压力高于设定压力21.56×104Pa时，直接由市自来水供水
（2） 当市自来水低于设定压力，但不低于下压力7.84×104Pa时，采用直抽水加压供水方案。即逐步起动2台泵机向管网充压。当检测到市自来水高于设定压力时，再转换成市自来水直接供水。
（3） 当自来水压力持续低于2.94× 104Pa或出现确切负压信号时，应立即转换成抽池水加压，但此时应保证水池水位高于低限水位的条件。
（4） 当采用直抽水或抽池水加压供水时，应能自动调节其总出口水压为给定值，调节误差小于等于± 10%。 
3.     PLC控制系统设计
      恒压供水系统的检测点以及控制量较多，是一个规模较大的测控系统。根据其特点，我们选用了松下电工的FP3可编程序控制器作为控制装置。该控制器与其它可编程序控制器相比，具有一些明显的优点，如FP3采用了模块化设计，可根据实际需要灵活组装，使用方便，I/O分配采用自由编程方式；容量大，程序量只受扫描周期限制，而扫描周期可在一定范围内自行更改；具有A/D、D/A、脉冲输出、位置控制等单元，可实现“共享存储器”；另外还有一些特殊的功能。
      恒压供水PLC系统的结构如图1虚框内所示。系统包括一个电源单元、一个CPU单元、一个上位机联结单元，还有I/O 单元和A/D单元。上位机采用研华工控机ABB公司组态软件，上位机联结单元通过C?/FONT>NET适配器与之通讯。工控机对整个系统进行监控，显示器显示了整个加压系统结构、各个阀门与水泵的实时状态、读出各个水压及流量、阀门的开度、水池水位等参数，并有各种报警实时显示和故障记录。
系统既有模拟量输入，也有开关量输入。模拟量通过A/D模块输入，共27个通道。I/O各有96个点。 
4. PLC的软件设计
      根据恒压供水操作要求，PLC控制系统要随时监控市自来水以及供水口的情况来决定是否要起动水泵，或是采用直抽水充压方案还是采用抽水池水充压的方案。控制系统的程序较复杂。
      在控制过程中，供水口的水压自动调节是一个重要和较有特色的设计部分之一，在此着重介绍实现自动恒压功能的软件设计。
      由于供水系统管道长、管径大，阀门的开、关、管网充压都较慢，故系统是一个大滞后系统。同时因为是在旧设备的基础上进行改造，要利用现有的设备，故并未采用调速调压，而是采用下述多种方法对水压进行调节。首先采用分段调节法，把水压偏差分为四段，即10%、20%、30%、40%，当检测到偏差较小时，输出的控制量（蝶阀的增量）较小，且操作周期亦较大；当偏差较大时，则输出的控制量较大而操作周期较小，使其快速减小偏差而又避免过大超调。另外，在偏差小于等于± 10%时，再加上模糊控制，根据D ek=ek-ek-1的值来确定是否调节蝶阀开度，使误差进一步减少，保证其小于等于± 10%的误差要求。当调节阀门开度仍不能使偏差进入允许范围时，用起动或停止1台或1台以上水泵的方法来调节水压。通过这样多种调节水压方法相结合，可使出水口水压得到满意的调节效果。
4.     结论
      本文所设计的PLC恒压供水监控系统已成功地应用于某工业区，运行结果表明，该系统完全满足其设计要求，具有操作方便、可靠性强、数据完整、监控及时等突出优点，并大大地减轻了操作工人的劳动强度、缩短了操作时间，受到了操作人员、维护人员、管理人员的好评。该监控系统的成功设计，也为类似系统的旧设备改造提供了可取的经验91：采用CP342-5的DP通讯口与采用CPU集成的DP通讯口进行通讯有什么不同，这两种通讯口功能有什么不同？
　　 可以通过CPU集成的DP通讯口或CP443-5模板的DP通讯口，调用Load/Transfer指令（语句表编程，如图2）、Mov指令（梯形图编程）或系统功能块SFC14/15访问从站上的I/O数据；
　　 如果您使用342-5模块的DP通讯口进行通讯，那么您就不能使用Load/Transfer指令（语句表编程）、Mov指令（梯形图编程）直接访问PROFIBUS从站的I/O数据。采用CP342进行PROFIBUS通讯包括两个步骤：
　　 1.CPU将数据传输到CP通讯卡的数据寄存器当中；
　　 2.数据从CP342-5的数据寄存器当中写到PROFIBUS从站的Output数据区（反过来就是CPU读取从站bbbbb数据的过程）；CP342-5与从站的bbbbb/Output数据区的通讯过程是自动进行的，但是您还必须自己手动的调用功能块FC1（”SEND”）和FC2 （”RECV”），完成CP342-5与CPU之间的数据交换。
92：功能块DP_SEND、DP_RECV"的返回值代表什么意思，如何理解？
　　 "DP_SEND"功能块包括有"DONE"，"ERROR" 和 "STATUS"三个参数，用来指示数据传输的状态和成功与否。"DP_RECV"功能块包括有"NDR", "ERROR", "STATUS" 和 "DPSTATUS"四个参数，用来指示数据传输的状态和成功与否。您可以定义相应的数据地址区，存放这些返回值，分析返回的值的意思，当Error＝False，STATUS＝0，DONE=True，NDR＝True时，说明CPU与CP342-5之间的数据交换成功进行。
93： DP从站，CP模板以及CPU之间的数据通讯过程是如何进行的？
　　 使用CP342-5模块，无论调用"DP_SEND" 功能块还是"DP_RECV" 功能块，您都不能直接读写某个PROFIBUS从站的I/O数据。CP342-5模块有一个内部的bbbbb和Output存储区 ，用来存放所有PROFIBUS从站的的I/O数据，较新版本的CP342-5模板内部存储器的bbbbb和Output区分别为2160个字节，Output区的数据循环写到从站的输出通道上，循环读出从站输入通道的数值存放在bbbbb区，整个过程是CP342-5与PROFIBUS从站之间自动协调完成的，您不需编写程序。您可以在PLC的用户程序中调用"DP_SEND"和"DP_RECV"功能块，读写CP342-5这个内部的存储器。
94：通过CP342-5，如何实现对PROFIBUS网络和站点的诊断功能？ 
　　 用功能块"DP_DIAG" (FC 3) 可以在程序中对cp模块进行诊断和分析，可以通过job类型如DP 诊断列表,诊断单个dp状态，读取dp从站数据，读取cp或cpu的操作模式，读取从站状态等等。　　
95：为什么当CP342-5模块作为PROFIBUS DP主站，而ET200（如IM151-1或IM153-2）作为从站时，CP342-5上的SF等不停闪烁？ 
　　 当S7-300系统中的CP342-5作为DP主站，下挂IM153-2 模块时，IM153-2只能作为DP主站，而不是S7从站运行。 可以采取通过文件将ET200从站组态进你的系统。随后IM153模块可作为 DP 标准从站运行。为此，您必须将文件安装到硬件目录中（通过菜单序列Tools > "Install new  file"）。在更新了硬件目录后您会在"PROFIBUS-DP > Additional Field Devices".中发现DP从站。