6ES73211FF010AA0西门子输入模块

来源：浔之漫智控技术（上海）有限公司 时间：2024-06-16 10:02:42 [举报]

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SIMATIC S7-300，数字输入 SM 321，电位隔离， 8 个数字输入，120V/230V AC，1个 20针

PLC网络和网络协议

为了通信的正常进行，除需具备良好、可靠的通信通道外，还需要通信各方遵守共同的协议，才能、可靠的通信。通信协议一般采用分层设计的方法。各层相互立，通过接口发生联系。对某层协议的修改不会影响其他层。

  国际标准化组织(ISO)提出了开放系统互连参考模型OSI(Open System Interconnection/Reference Model)。该模型规定了七个功能层，每层都使用自己的协议，其结构如图7-11所示。

  ①物理层(Physical) 它是网络的低层，规定了使用各种互连电路、电路功能、电气特性及连接器的配置等。EIA 的RS-232C、RS-422/485口均同于物理层协议。

  ②数据链路层(Data Link)数据链路层的任务是将可能有差错的物理链路改造成对于网络层来说无差错的传输线路。它把输入的数据组成数据帧，并在接收端检验传输的正确性。若正确，则发送确认信息;若不正确，则抛弃该帧，等待发送超时重发。

  ③ 网络层(Network) 网络层也称分组层，它的任务是在网络中传输分组。它规定了在网络中如何传输分组。网络层控制网络上信息的切换和路径的选择，因此本层要为数据从源点到终点建立物理和逻辑的连接。

  ④传输层(Transport) 传输层的基本功能是从会话层接收数据，把它们传到网络层，并这些数据正确地到达目的地。该层控制端到端数据的完整性，确保的网络服务，起到网络层和会话层之间的接口作用。

  ⑤会话层(Session) 它控制一个通信会话进程的建立或结束。该层检查并确定一个正常的通信是否正在发生。如果没有发生，该层在不丢失数据的情况下恢复会话，或根据规定，在会话不能正常发生的情况下终止会话。

  用户之间的连接称为会话。为了建立会话，用户提供其希望连接的远程地址(会话地址)。会话双方须彼此确认，然后双方按照共同约定的方式(如半双工或全双工)开始数据传输。

  ⑥表示层(Presentation) 表示层实现不同信息格式和编码之间的转换。常用的转换方式：正文压缩，如将常用的词用缩写字母或特殊数字编码，消去重复的字符和空白等;提供加密、解密;不同计算机之间文件格式的转换;不相容终端输入、输出格式的转换等。

  ⑦应用层(Application) 应用层的内容，要根据对系统的不同要求而定。它规定了在不同应用情况下所允许的报文集合和对每个报文所应采取的动作。这一层负责与其他功能的通信，如分布数据库和文件传输。

  PLC网络的概述

  FP系列各种PLC中都配置通信功能，其应用层遵守同一通信协议MEWTOCOL，为网络用户开发应用软件提供了方便。但不同子网其低层协议是不相同的。图7-12表示了FR 系列的复合PLC网络，它包括以太网、P-LINK、H-LINK、W-LINK、F-LINK、C-NET 等六种子网。

  在图7-12中PLC及IBM-PC微型机都经过相应的通信单元才能接入某级子网，这些通信单元在图中没有画出，它们主要有：

  P-LINK单元：PLC连入P-LINK网所用的通信单元;

  H-LINK单元：PLC连人H-LINK网所用的通信单元;

  W-LINK单元：PLC连入W-LINK网所用的通信单元;

  C-NW适配器：PLC及IBM-PC机连入C-ND网的通信适配器单元;

  远程I/O主单元：在组成远程I/O系统(F-LINK)时，在主PLC机架上使用的通信单元;

  远程I/O主单元：在组成远程I/O系统(F-LINK)时，在从PLC机架上使用的通信单元;

  FP11/O连接单元：把FP1连人远程I/O系统时使用的通信单元;

  以太网单元：把PLC连入ET-LAN网所使用的通信单元;

  IBM-PC微型机的各种网卡：把IBM-PC微型机连人各级子网的通信卡。

应对PLC工作环境中干扰措施

1 引言

PLC由于具有功能强、程序设计简介，维护方便等优点，特别是高可靠性、较强的适应恶劣工业环境的能力，已被广泛应用于自来水行业。但由于现场环境条件恶劣、湿度高、以及各种工业电磁、辐射干扰等，会影响系统的正常工作,因此重视工程的抗干扰设计。
水厂应用中的PLC所受的干扰源主要有电源系统引入的干扰、接地系统引入的干扰和输入输出电路引入的干扰三类。如果PLC的干扰问题解决得不好，系统将无法可靠运行，将会影响到正常供水。因此，有必要对PLC应用系统中的干扰问题进行探讨。主要本文分别讨论PLC的三种抗干扰技术。

2 抗干扰的技术对策分析

为防止干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施，其中，硬件抗干扰是基本和重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制和消除干扰源，切断干扰对系统的耦合通道，降低系统对干扰信号的敏感性。

2.1 电源系统引入的干扰
电网的干扰，频率的波动，将直接影响到PLC系统的可靠性与稳定性。如何抑制电源系统的干扰是提高PLC的抗干扰性能的主要环节。

(1) 加装滤波、隔离、屏蔽、开关稳压电源系统。
设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从电源线传导到系统中，使用隔离变压器，注意:屏蔽层要良好接地;次级连接线要使用双绕线(减少电线间的干扰)，隔离变压器的初级绕组和次级绕组应分别加屏蔽层，初级的屏蔽层接交流电网的零线;次级的屏蔽层和初级间屏蔽层接直流端。
为了抑制电网大容量设备起停(如送水泵等)引起电网电压的波动，保持供电电压的稳压，可采用开头稳压电源。

(2) 分离供电系统
       PLC的控制器与I/O系统分别由各自的隔离变压器供电，并与主电源分开，这样当输入输出供电断电时，不会影响到控制器的供电。

抑制接地系统引入的干扰
     PLC系统分为逻辑电路接地和功率电路接地，有共地、浮地及机壳共地和电路浮地等三种方式。一般采用控制器与其它设备分别接地方式好，接地时注意:接地线尽量粗，一般大于2mm2的线接地;接地点应尽量靠近控制器，接地点与控制器之间的距离不大于50m;接地线应尽量避开强电回路和主回路的电线，不能避开时，应垂直相交，应尽量缩短平行走线的长度。
实践证明，接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段，良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。

2.3 抑制输入输出电路引入的干扰
      为了实现输入输出电路上的完全隔离，近年来在控制系统中光电耦合得到广泛应用，已成为防止干扰的有效措施之一。光电耦合器具有以下特点:，由于是密封在一个管壳内，不会受到外界光的干扰;其次，由于靠光传送信号，切断了各部件电路之间地线的联系;第三，发光二极管动态电阻非常小，而干扰源的内阻一般很大，能够传送到光电耦合器输入输出的干扰信号就变得很小;第四，光电耦合器的传输比和晶体管的放大倍数相比，一般很小，远不如晶体管对干扰信号那么灵敏，而光电耦合器的发光二极管只有在通过一定的电流时才能发光。因此，即使是在干扰电压幅值较高的情况下，由于没有足够的能量，仍不能使发光二极管发光，从而可以有效地抑制掉干扰信号。由于光电耦合器的线性区一般只能在某一特定的范围内，因此，应被传信号的变化范围始终在线性区内。为了线性耦合，既要严格挑选光电耦合器，又要采取相应的非线性较正措施，否则将产生较大的误差。

(1) 光电耦合输入电路如图2所示。其中图2(a)、图2(b)用的较多，高电平时接成形式，低电平输入时接成形式。图2(c)为差动型接法，它具有两个约束条件，对于防止干扰有明显的性，适用于外部干扰严重的环境，当外部设备电流较大时，其传输距离可达100~200m，图2(d)考虑到COMS电路的输出驱动电流较小，不能直接带动发光二极管，所以加接晶体管作为功率放大，需要注意的是图中发光二极管和光敏三极管应分别由两个电源供电，电阻值视电压高低选取。

2) 光电耦合输出电路如图3所示。为了得到和输入同相的信号，可以采用图3(a)形式。若要求输出和输入反相，可以接成图3(b)形式。当输出电路所驱动的元件较多时，可以加接晶体管作为驱动功率放大，其接法如图3(c)所示。有时为了获得更好的输出波形，输出信号可经施密特电路整形。

以上两点是对开关量输入输出信号的处理方法，而对模拟输入输出信号，为了消除工业现场瞬时干扰对它的影响，除加A/D、D/A转换电路和光电耦合外，可根据需要采取软件的数字滤波技术如中值法、一阶递推数字滤波法等算法。

3 结束语

PLC控制系统的抗干扰性设计是一个复杂的系统工程，涉及到具体的输入输出设备和工业现场的环境，在设计抗干扰系统时要求要综合考虑各方面的因素。

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