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西門子S7-200PLC的RS485通信口易損壞的原因分析和解決辦法

一、 S7-200PLC內(nèi)部RS485接口電路圖：電路圖見附件
圖中R1、R2是阻值為10歐的普通電阻，其作用是防止RS485信號D+和D-短路時產(chǎn)生過電流燒壞芯片，Z1、Z2是鉗制電壓為6V，最大電流為10A的齊納二極管，24V電源和5V電源共地未經(jīng)隔離，當(dāng)D+或D-線上有共模干擾電壓灌入時，由橋式整流電路和Z1、Z2可將共模電壓鉗制在±6.7V，從而保護(hù)RS485芯片SN75176（RS485芯片的允許共模輸入電壓范圍為：-7V～+12V）。該保護(hù)電路能承受共模干擾電壓功率為60W，保護(hù)電路和芯片內(nèi)部沒有防靜電措施。



二、常發(fā)生的故障現(xiàn)象分析：
當(dāng)PLC的RS485口經(jīng)非隔離的PC/PPI電纜與電腦連接、PLC與PLC之間連接或PLC與變頻器、觸摸屏等通信時時有通信口損壞現(xiàn)象發(fā)生，較常見的損壞情況如下：
●R1或R2被燒斷，Z1、Z1和SN75176完好。這是由于有較大的瞬態(tài)干擾電流經(jīng)R1或R2、橋式整流、Z1或Z1到地，Z1、Z2能承受最大10A電流的沖擊，而該電流在R1或R2上產(chǎn)生的瞬態(tài)功率為：102×10=1000W，當(dāng)然會將其燒斷。
●SN75176損壞，R1、R2和Z1、Z2完好。這主要可能是受到靜電沖擊或瞬態(tài)過電壓速度快于Z1、Z2的動作速度造成的，靜電無處不在，僅人體模式也會產(chǎn)生±15kV的靜電。
●Z1或Z2、SN75176損壞，R1和R2完好。這可能是受到高電壓低電流的瞬態(tài)干擾電壓將Z1或Z2和SN75176擊穿，由于電流較小和發(fā)生時間較短因而R1、R2不至于發(fā)熱燒斷。
由以上分析得知PLC接口損壞的主要原因是由于瞬態(tài)過電壓和靜電造成，產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓和靜電的原因很多也較復(fù)雜，如由于PLC內(nèi)部24V電源和5V電源共地，24V電源的輸出端子L+、M為其它設(shè)備混合供電可能導(dǎo)致地電位變化，從而造成共模電壓超出允許范圍。所以EIA-485標(biāo)準(zhǔn)要求將各個RS485接口的信號地用一條低阻值導(dǎo)線連接在一起以保證各節(jié)點(diǎn)的地電位相等，消除地線環(huán)流！
當(dāng)帶電插拔未隔離的連接電纜時，由于兩端電位不相等電路中又存在諸多電感、電容之類的器件，插拔瞬間必然產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓或過電流。
連接在RS485總線上的其它設(shè)備產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓或過電流同樣會流入到PLC，總線上連接的設(shè)備站點(diǎn)數(shù)越多，產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓的因素也越多。
當(dāng)通信線路較長或有室外架空線時，雷電必然會在線路上造成過電壓，其能量往往是巨大的，常有用戶沮喪地說：“聯(lián)網(wǎng)的幾十臺PLC全部遭打壞了！”。
三、 解決辦法：
1、從PLC內(nèi)部考慮：
●采用隔離的DC/DC將24V電源和5V電源隔離，分析了三菱、歐姆龍、施耐德PLC以及西門子的PROFIBUS接口均是如此。
●選用帶靜電保護(hù)、過熱保護(hù)、輸入失效保護(hù)等保護(hù)措施完善的高擋次RS485芯片，如：SN65HVD1176D、MAX3468ESA等，這些芯片價格一般在十幾元至幾十元，而SN75176的價格僅為1.5元。
●采用響應(yīng)速度更快、承受瞬態(tài)功率更大的新型保護(hù)器件TVS或BL浪涌吸收器，如P6KE6.8CA的鉗制電壓為6.8V，承受瞬態(tài)功率為500W，BL器件則可抗擊4000A以上大電流沖擊。
●R1和R2采用正溫度系數(shù)的自恢復(fù)保險PTC，如JK60-010，正常情況下的電阻值為5歐，并不影響正常通信，當(dāng)受到浪涌沖擊時，大電流流過PTC和保護(hù)器件TVS（或BL），PTC的電阻值將驟然增大，使浪涌電流迅速減小。
2、從PLC外部考慮：
● 使用隔離的PC/PPI電纜，盡量不用廉價的非隔離電纜（特別是在工業(yè)現(xiàn)場）。西門子公司早期出產(chǎn)的PC/PPI電纜（6ES7 901-3BF00-0XA0）是不隔離的，現(xiàn)在也改成隔離的電纜了！
● PLC的RS485口聯(lián)網(wǎng)時采用隔離的總線連接器.
● 與PLC聯(lián)網(wǎng)的第三方設(shè)備，如變頻器、觸摸屏等的RS485口均使用RS485隔離器BH-485G進(jìn)行隔離，這樣各RS485節(jié)點(diǎn)之間就無“電”的聯(lián)系，也無地線環(huán)流產(chǎn)生，即使某個節(jié)點(diǎn)損壞也不會連帶其它節(jié)點(diǎn)損壞。
● RS485通信線采用PROFIBUS總線專用屏蔽電纜，保證屏蔽層接到每臺設(shè)備的外殼并最后接大地。
● 對于有架空線的系統(tǒng)，總線上最好設(shè)置專門的防雷擊設(shè)施。 

找到了解決S7-200通訊口損壞的辦法了

在我們單位眾多的S7-200PLC中，不時有通訊口損壞，致使不能連接PC或不能進(jìn)行通訊，在對PLC解體時發(fā)現(xiàn)，在PLC通訊口出有一芯片－－75176，這就是通訊接口芯片，在芯片周圍有5個FB，標(biāo)識FB1~FB5，這其實(shí)就是5個保險，在通訊連不上時，一般就是這5個保險中的某個燒毀了，可用同等型號的保險代替，也可用導(dǎo)線直接短路。一般就能解決問題。不過更換時要注意，由于元件時貼片的，十分小，空間也小，所以焊接時注意不要短路。

西門子PLC網(wǎng)絡(luò)讀寫指令向?qū)褂弥改?/h1>

PPI協(xié)議是專門為S7-200開發(fā)的通信協(xié)議。S7-200 CPU的通信口（Port 0、Port 1）均支持PPI通信協(xié)議。S7-200 CPU的PPI網(wǎng)絡(luò)通信是建立在RS-485網(wǎng)絡(luò)的硬件基礎(chǔ)上，因此其連接屬性和需要的網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備與其他RS-485網(wǎng)絡(luò)一致。

1  網(wǎng)絡(luò)讀寫（NETR/NETW）指令介紹

4)    每個CPU的端口只能配置一個網(wǎng)絡(luò)讀寫指令向?qū)А?/span>

2  網(wǎng)絡(luò)讀寫指令向?qū)ЫM態(tài)

2.1 硬件連接

       下面通過一個實(shí)例（兩臺S7-200 PLC之間的通信）來介紹如何使用網(wǎng)絡(luò)讀寫指令向?qū)?。首先，兩個S7-200之間的硬件連接需要一根標(biāo)準(zhǔn)DP電纜加兩個DP總線插頭。兩臺S7-200的RS485通信端口連接方式，可參考以下圖片中的連接方式（如果PLC有兩個通信端口，則任意端口都可進(jìn)行配置，本例中兩個PLC均以Port 0口做PPI通信使用），如圖1所示。

 

圖1   兩臺PLC的網(wǎng)絡(luò)連接

2.2 NETR/NETW向?qū)ЫM態(tài)過程

2.2.1設(shè)定通信站地址

       首先，用PC/PPI編程電纜將兩臺PLC的網(wǎng)絡(luò)站地址分別設(shè)置為2和3，波特率都為9.6Kbps。這時，將編程電纜連接到任一個CPU帶可編程插口的DP插頭上，查找兩臺PLC的站地址，如圖2所示。

  
圖2   設(shè)定兩臺CPU的網(wǎng)絡(luò)地址

       在本例中，選定通信地址為3的PLC為網(wǎng)絡(luò)主站，并對其進(jìn)行向?qū)渲谩＿x定要做為通信主站的CPU地址，點(diǎn)擊確認(rèn)后即可進(jìn)入該CPU的編程界面。另外，網(wǎng)絡(luò)讀寫指令向?qū)詣訉PU設(shè)置成主站模式，不必另行編程設(shè)置，只需為主站編寫通信程序，從站直接使用通信緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)整理到通信區(qū)即可。

2.2.2 向?qū)渲貌襟E

       進(jìn)入到編程畫面后，點(diǎn)擊工具菜單欄，找到指令向?qū)нx項(xiàng)，準(zhǔn)備進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)讀/寫功能的向?qū)渲媚Ｊ?，如圖3所示。 

 
圖3 進(jìn)入指令向?qū)Ь幊探缑?/span>

打開指令向?qū)Ы缑?，選擇NETR/NETW指令功能，如圖4所示。 

打開STEP7時出現(xiàn)未發(fā)現(xiàn)有效的許可證密鑰的解決辦法

我在打開STEP 7時，出現(xiàn)的對話框提示“未發(fā)現(xiàn)有效的許可證密鑰”。點(diǎn)擊“確定”按鈕，出現(xiàn)的對話框提示“STEP 7發(fā)現(xiàn)自動許可證管理器存在問題。正在關(guān)閉應(yīng)用程序，請重新安裝自動許可證管理器”。
    下面介紹一個解決的方法。打開計(jì)算機(jī)的控制面板，雙擊“管理工具”，再雙擊“服務(wù)”，打開“服務(wù)”對話框（見圖1）。

圖1

    雙擊“Automation License Manager Server”（自動化許可證管理器服務(wù)），打開它的屬性對話框（見圖2）。用“啟動類型”選擇框，將啟動類型由“手動”改為“自動”。
    點(diǎn)擊“啟動”按鈕，啟動“Automation License Manager Server”，其狀態(tài)變?yōu)椤耙褑印?。最后點(diǎn)擊“確定”按鈕，圖3是修改后的“服務(wù)”對話框。

圖2

圖3

    這樣處理后就可以打開STEP 7了。一般情況下，下一次啟動計(jì)算機(jī)也能自動啟動自動化許可證管理器服務(wù)。但是我有一臺計(jì)算機(jī)，每次開機(jī)后都需要作一次上述的操作，才能啟動自動化許可證管理器服務(wù)。我懷疑是360衛(wèi)士作怪，打開360衛(wèi)士，點(diǎn)擊“功能大全”，再點(diǎn)擊“開機(jī)加速”，在“啟動項(xiàng)”選項(xiàng)卡，看不到與自動化許可證管理器服務(wù)有關(guān)的啟動項(xiàng)。
    將360衛(wèi)士卸載，用上述方法將自動化許可證管理器服務(wù)設(shè)置為自動啟動，計(jì)算機(jī)開機(jī)時可以自動啟動自動化許可證管理器服務(wù)了。奇怪的安裝上原版本的360衛(wèi)士后，開機(jī)自動啟動自動化許可證管理器服務(wù)也沒有問題！

S7-300

• 模塊化微型PLC系統(tǒng)，滿足中、小規(guī)模的性能要求
• 各種性能的模塊可以非常好地滿足和適應(yīng)自動化控制任務(wù)
• 簡單實(shí)用的分布式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，應(yīng)用十分靈活
• 方便用戶和簡易的無風(fēng)扇設(shè)計(jì)
• 當(dāng)控制任務(wù)增加時，可自由擴(kuò)展
• 大量的集成功能使它功能非常強(qiáng)勁

S7-300F

• 故障安全型自動化系統(tǒng)，滿足工廠日益增加的安全需求
• 基于S7-300
• 可連接配有安全相關(guān)模塊的附加 ET 200S 和 ET 200M 分布式 I/O 站
• 通過采用 PROFIsafe 行規(guī)的 PROFIBUS DP 進(jìn)行安全相關(guān)通訊
• 此外，還有用于與安全無關(guān)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)模塊

• CPU 1510SP-1 PN 適用于基于 S7-1500 CPU 1511-1 PN 的 SIMATIC ET 200SP
• 用于基于 ET 200SP 的高性能控制解決方案
• 增強(qiáng)了系統(tǒng)和設(shè)備的可用性
• 可連接最多 64 個 IO 設(shè)備的 PROFINET IO 控制器
• PROFINET I-Device，用于連接作為智能 PROFINET 設(shè)備、帶 SIMATIC 或第三方 PROFINET I/O 控制器的 CPU
• 適用于 4 個控制器的 PROFINET 共享智能設(shè)備
• PROFINET IO IRT 接口，帶集成 3 端口交換機(jī)
• 經(jīng)由 PROFIBUS 的等時同步模式
• 具有多種通信功能：
  編程器/OP 通信，PROFINET IO，開放式 IE 通信（TCP，ISO-on-TCP 和 UDP），Web 服務(wù)器和 S7 通信 （帶可裝載的 FB）
• 可選 PROFIBUS 主站，可用于 125 臺 PROFIBUS DP 從站（帶 CM DP 模塊 6ES7545-5DA00-0AB0）
• 組態(tài)控制（選項(xiàng)處理）
• 集成運(yùn)動控制功能，可以控制速度控制軸和定位軸，支持外部編碼器

注

CPU 的運(yùn)行需要使用 SIMATIC 存儲卡。
總線適配器不在供貨范圍內(nèi)，需要單獨(dú)訂購。

CPU 1510SP-1 PN 是經(jīng)濟(jì)型入門級 CPU，用于不連續(xù)生產(chǎn)技術(shù)中對處理速度和響應(yīng)速度要求不高的應(yīng)用。CPU 1510SP-1 PN 可被用作 PROFINET IO 控制器或分布智能系統(tǒng)（PROFINET 智能設(shè)備）。集成式 PROFINET IO IRT 接口的設(shè)計(jì)形式為 3 端口交換機(jī)，這樣就可以在系統(tǒng)中通過端口 1 和 2 建立總線型拓?fù)?，并且也可通過端口 3 來連接編程設(shè)備/PC 或 HMI 設(shè)備。

作為智能設(shè)備使用時，CPU 1510SP-1 PN 可實(shí)現(xiàn)在本地對過程數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式預(yù)處理，并且僅將實(shí)際需要的信息傳輸?shù)缴衔豢刂破鳌＿@樣做有以下優(yōu)勢：

• 減輕中央控制器的工作負(fù)荷
• 縮短對現(xiàn)場重要信號的響應(yīng)時間
• 數(shù)據(jù)量減少，總線系統(tǒng)上的負(fù)荷降低
• 各單元經(jīng)過預(yù)測試并進(jìn)行平行調(diào)試，設(shè)置更快速
• 由于自帶機(jī)械裝置,增加了可用性和靈活性
• 組態(tài)清晰明了

CPU 1510SP-1 PN 完全獨(dú)立于中央控制器運(yùn)行。如果其發(fā)生故障，CPU 1510SP-1 PN 仍繼續(xù)運(yùn)行。

位模塊化設(shè)計(jì)的 ET 200SP I/O 系統(tǒng)和 CPU 1510SP-1 PN 可實(shí)現(xiàn)面向功能的站設(shè)計(jì)。

另外，CPU 通過易組態(tài)的塊提供全面控制功能，以及通過標(biāo)準(zhǔn)化 PLC-open 塊 提供連接至驅(qū)動器的能力。

CPU 1510SP-1 PN CPU 直接卡裝到 DIN 導(dǎo)軌上，并具有：

• A powerful processor:
  The CPU achieves command execution times as low as 72 ns per binary instruction.
• 大容量工作存儲器：
  100 KB 用于程序，750 KB 用于數(shù)據(jù)
• SIMATIC 存儲卡作為裝載存儲器；
  允許附加固件更新、數(shù)據(jù)日志和歸檔等功能
• 位模塊化擴(kuò)展性，靈活性好；
  任意組合達(dá) 64 個 I/O 模塊（I/O 模塊、工藝模塊和通信模塊）。最大 1 m 的站寬度。
• PROFINET IO IRT 接口，帶集成 3 端口交換機(jī)：
  • 端口 1 和 2 通過總線適配器來連接（CPU 1510SP-1 PN 未提供總線適配器，不使用該適配器也可運(yùn)行）。
    如果需要，相應(yīng)的總線適配器（BA 2xRJ45 或 BA 2xFC）需單獨(dú)訂購。）
  • 端口 3 通過集成式 RJ45 接口來連接
• 集成通信功能：
  • 編程器/OP 通信
  • PROFINET IO
  • 開放式 IE 通訊（TCP，ISO-on-TCP 和 UDP）
  • Web 服務(wù)器
  • S7 通信
  • S7 路由
  • 數(shù)據(jù)集路由
• 免維護(hù)數(shù)據(jù)備份（無電池）
• 用于錯誤 (Error)、運(yùn)行狀況 (RUN/Stop)、維護(hù) (MT)、電源 (PWR) 以及每個端口一個鏈路 LED 的診斷顯示
• 可選標(biāo)簽采用淺灰色或黃色標(biāo)簽條。有兩種材料可供選擇：
  • 標(biāo)簽箔和帶有 500 個標(biāo)簽條的標(biāo)簽卷，用于熱轉(zhuǎn)印打印機(jī)
  • 標(biāo)簽紙 (280 g/m²)，規(guī)格 DIN A4，每張 100 個標(biāo)簽條，適用于激光打印機(jī)
• ET 200SP CPU 可帶有一個參考 ID 標(biāo)簽
• 借助于總線適配器，可實(shí)現(xiàn)不同的 PROFINET 連接類型
  • 在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，BA 2xRJ45 用于通過 RJ45 插頭進(jìn)行連接
  • 對于運(yùn)行期間的機(jī)械負(fù)荷和/或更高的 EMC 要求，可使用 BA 2xFC 來直接連接 PROFINET 電纜
• 在將 AC I/O 模塊或 AI Energy Meter ST 用作第一個 I/O 模塊時，應(yīng)將深色的基本單元用作 ET 200SP CPU 后面的第一個基本單元