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PLC 控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源

（1） 來自空間的輻射干擾

　　空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復(fù)雜。若PLC 系統(tǒng)置于所射頻場內(nèi)，就回收到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑；一是直接對PLC 內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；而是對PLC 通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路的感應(yīng)引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場大小，特別是頻率有關(guān)，一般通過設(shè)置屏蔽電纜和PLC 局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。

　?。?） 來自系統(tǒng)外引線的干擾

　　主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場較嚴重。

　?。?）來自電源的干擾

　　實踐證明，因電源引入的干擾造成PLC 控制系統(tǒng)故障的情況很多，筆者在某工程調(diào)試中遇到過，后更換隔離性能更高的PLC 電源，問題才得到解決。

　　PLC 系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，

　　將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流轉(zhuǎn)動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路到電源邊。PLC 電源通常采用隔離電源，但其機構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，隔離是不可能的。

　　（4 ） 來自信號線引入的干擾

　　與PLC 控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信號之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽略；二是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號線上的外部感應(yīng)干擾，這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機。PLC 控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當(dāng)嚴重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。

　　（5）來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾

　　接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC 系統(tǒng)將無法正常工作。PLC 控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統(tǒng)混亂對 PLC 系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)加雷擊時，地線電流將更大。

　　此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)有會出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC 內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC 工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC 的邏輯運算和數(shù)據(jù)存儲，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。

　?。?）來自PLC 系統(tǒng)內(nèi)部的干擾

　　主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路

　　互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于PLC 制造廠對系統(tǒng)內(nèi)部進行電磁兼容設(shè)計的內(nèi)容，比較復(fù)雜，作為應(yīng)用部門是無法改變，可不多考慮，但要選擇具有較多應(yīng)用實績或經(jīng)過考驗的系統(tǒng)。

　自*臺可編程控制器PLC問世以來，可編程控制技術(shù)已走過了30年的發(fā)展歷程，尤其是隨著近年來計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，它已在軟硬件技術(shù)方面都取得了很大的發(fā)展。奧地利B&R工業(yè)自動化公司推出的可編程計算機控制器PCC就是代表了這一發(fā)展趨勢的。

　　與常規(guī)PLC相比較，PCC最大的特點在于分時多任務(wù)操作系統(tǒng)和多樣化的應(yīng)用軟件的設(shè)計，常規(guī)的PLC大多采用單任務(wù)的時鐘掃描或監(jiān)控程序，來處理程序本身的邏輯運算指令和外部的I/O通道地狀態(tài)采集與刷新，這樣PLC的執(zhí)行速度取決于應(yīng)用程序的大小，這一結(jié)果，無疑是同I/O通道中高實時性的控制要求相違背的。PCC的系統(tǒng)軟件解決了這一問題，它采用分時多任務(wù)機制構(gòu)筑其應(yīng)用軟件的運行平臺，這樣應(yīng)用程序的運行周期則與程序長短無關(guān)，而是由操作系統(tǒng)的循環(huán)周期決定，由此，它將應(yīng)用程序的掃描周期同真正外部的控制周期區(qū)別開來，滿足了真正實時控制的要求，當(dāng)然，這種控制周期可以在CPU運算能力允許的前提下，按照用戶的實際要求，任意調(diào)整。

　　基于這樣的操作系統(tǒng)，PCC的應(yīng)用程序由多任務(wù)模塊構(gòu)成，這樣給項目應(yīng)用軟件的開發(fā)帶來了了很大的便利，因為這樣可以方便地按控制項目中各部分不同的功能要求，如數(shù)據(jù)采集，報警，PID調(diào)節(jié)運算，通信控制等，分別編制出控制程序模塊(任務(wù))，這些模塊既相互獨立運行，而數(shù)據(jù)間又保持一定的相互關(guān)聯(lián)，這些模塊經(jīng)過分步驟的獨立編制和調(diào)試完成之后，可一同下載至PCC的CPU中，在多任務(wù)操作系統(tǒng)的調(diào)度管理下，并行運行，共同實現(xiàn)項目的控制要求。

　　由于PCC是基于多任務(wù)環(huán)境下設(shè)計程序，采用大型應(yīng)用軟件的模塊化設(shè)計思想，各個任務(wù)模塊的功能描述更趨清晰簡潔，用戶在開發(fā)自己的任務(wù)時，由于對其功能的提取具有通用性，因而作為一個獨立的功能模塊，用戶可十分方便地將其封裝起來，以便于日后在其他應(yīng)用項目重新使用。

　　PCC的編程硬件采用普通PC機配以一套功能強勁的開發(fā)軟件作為在線開發(fā)工具，這種方式，不僅節(jié)省了用戶的硬件投資，更重要的是，它發(fā)揮了PC機作為在線編程開發(fā)工具的強大的軟硬件優(yōu)勢，它為用戶提供了源程序級的單步、斷點、單周期及PCC在線錯誤自診斷等多種形式的調(diào)試手段，使應(yīng)用程序的開發(fā)十分靈活便捷。另外，通過PC機上編程軟件包所提供的為數(shù)眾多的函數(shù)，用戶可短時間內(nèi)編制出高效而復(fù)雜的控制程序來。

　　PCC在編制不同的單個任務(wù)模塊時，具有靈活選用不同編程語言的特點，這就意味著不僅在常規(guī)PLC上指令表語言可在PCC上繼續(xù)沿用，而且用戶還可采用更為高效直觀的高級語言(PL2000)。它是一套*面向控制的文本語言，熟悉BASIC的技術(shù)人員會對它的語法有種似曾相識的感覺，它對于控制要求的描述非常簡便、直觀。除此之外，PCC的應(yīng)用軟件開發(fā)還具有集成“C”語言程序的能力。

　　尤為與眾不同的是，所有這些編程語言，PCC都采用“符合變量”來標(biāo)識外部I/O通道及內(nèi)部寄存器單元，軟件開發(fā)人員毋需熟知PCC內(nèi)部的硬件資源的分布，而只須集中精力于項目本身的要求，即可迅速編制出自己的控制程序來。

　　在硬件結(jié)構(gòu)方面，PCC的特點是很顯著的。在其核心的運算模塊內(nèi)部，PCC為其CPU配備了數(shù)倍于常規(guī)PLC的大容量存儲單元(100K-16M)，這無疑為強大的系統(tǒng)和應(yīng)用軟件提供了監(jiān)視的硬件基礎(chǔ)。而在硬件外部，它有著全模塊式的插裝結(jié)構(gòu)，在工業(yè)現(xiàn)場，不僅可以方便地帶電插拔，而且在接線端子，模塊供電及工作狀態(tài)顯示等諸多方面均有著精巧的設(shè)計。

S7-300是德國西門子公司生產(chǎn)的可編程序控制器(PLC)系列產(chǎn)品之一。其模塊化結(jié)構(gòu)、易于實現(xiàn)分布式的配置以及性價比高、電磁兼容性強、抗震動沖擊性能好，使其在廣泛的工業(yè)控制領(lǐng)域中，成為一種既經(jīng)濟又切合實際的解決方案。

西門子PLC S7-300系列及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用西門子PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，西門子PLC S7-300的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。本文下面就為您介紹一下西門子PLC S7-300系列的選型方法，供您在配置過程中參考。

二、西門子PLC S7-300選型

一、機型的選擇

(一)西門子PLC S7-300的類型西門子PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類;按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型西門子PLC的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng);模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。

(二)輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點;可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)*?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴展機架或遠程I/O機架等。

(三)存儲器的選擇由于計算機集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應(yīng)用項目的正常投運，一般要求PLC的存儲器容量，按256個I/O點至少選8K存儲器選擇。需要復(fù)雜控制功能時，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲器。

(四)冗余功能的選擇1.控制單元的冗余(1)重要的過程單元：CPU(包括存儲器)及電源均應(yīng)1B1冗余。(2)在需要時也可選用PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯系統(tǒng)等。2.I/O接口單元的冗余(1)控制回路的多點I/O卡應(yīng)冗余配置。(2)重要檢測點的多點I/O卡可冗余配置。3)根據(jù)需要對重要的I/O信號，可選用2重化或3重化的I/O接口單元。二、控制功能的選擇該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。為減輕CPU通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的(如點對點、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng))通信處理器。三、輸入輸出(I/O)點數(shù)的估算I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。四、存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)(16位為一個字)，另外再按此數(shù)的25%考慮余量。三、小結(jié)綜上所述，用戶可以在使用西門子PLC S7-300系列時，參考本文提供的內(nèi)容進行配置，從而設(shè)計出完整合理的自動化控制系統(tǒng)，并保證其穩(wěn)定運行。如果需要更多的了解西門子PLC及其模塊的相關(guān)用法，請聯(lián)系我們，我們會更好的提供相關(guān)技術(shù)支持。

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