西门子模块CP5611 ,西门子模块CP5611

 

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SIMATIC S7-300，数字量输入M 321，光电隔离，16DI，24 V DC，20针

• 数字量输入

• 用于连接标准开关和两线制接近开关 (BERO)

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数字量输入模板用来实现PLC与数字量过程信号的连接。使用于连接标准开关和两线制接近开关 (BERO)。

Design

数字量输入模块具有下列机械特性：

• 紧凑型设计：
  坚固的塑料机壳里包括：

• 绿色 LED，用于指示输入的信号状态。

• 前连接器插座，通过前门保护。

• 前门上的标签区。

• 连接器针脚分配，用于在前门内部进行配线。

• 安装方便：
  没有插槽规则；输入地址由插槽决定。
  当在 ET 200M 中与有源总线模块一起使用时，可以进行热插拔，而不会有任何反应。

• 方便用户接线。

具有8、16、32或64通道的模块。

Functions

数字量输入模块将来自过程的外部数字信号电平转换成控制器的内部信号电平（逻辑“0”或“1”）。

多种输入电压，可支持连接不同的控制信号：

• 24 V DC

• 48 - 125 V DC

• 120/230 V AC

除了经济性以及易于处理的特点外，该模块还具有其他特殊功能：

• 可在等时模式下使用

• 过程和诊断报警

• 使用源电流或漏电流

特殊模块还可处理过程工程，例如支持 NAMUR 标准。

可编程控制器(PLC)作为新一代的工业控制装置，因其本身具有高可靠性、较强的工业环境适应性以及编程简单、操作方便等特性，再配上各种测量控制仪表而在工业领域得到广泛应用。但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行。

1 影响PLC控制系统可靠性的干扰及来源

    PLC控制系统主要集中安装在主控室中，是由于其系统复杂，设备种类多，输入／输出(I／O)端口多，特别是外部的连接电缆又多又长。它们大多处在强电设备所形成的恶劣电磁环境中。除了恶劣的电磁环境外，PLC系统还涉及机械振动、化学腐蚀等场合。总体来说，PLC系统的干扰主要是2种形式：电磁干扰和机械振动干扰。现场电磁干扰是PLC控制系统中最常见也是最易影响系统可靠性的因素之一，找出问题所在，才能提出解决问题的办法。

    1．1 电磁干扰源及一般分类

    电磁干扰大都产生于用电设备电流或电压急剧变化，其原因是电流改变(电压变化也同时会导致电流变化)会在用电设备周围产生可变磁场，对周边设备产生电磁辐射；电磁辐射又会在该设备的薄弱部位产生电位差，即电磁干扰。

    通常电磁干扰按干扰模式不同，分为差模干扰和共模干扰。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，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，这种干扰叠加在信号上，钟影响测量与控制精度。共模干扰是每个被干扰点对地的电位差，主要由电网串人、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压叠加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，钟影响测控信号，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。

    1．2 PLC系统中电磁干扰的主要来源及途径

    1)电网干扰。普通供电网络，由于电网覆盖范围广，电网上会有各种各样的用电设备。电源设备的停送电操作浪涌、大型设备的起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等都会在线路上感应出电压而在PLC系统所处空间形成电磁干扰，这些电压噪声会通过电源内阻耦合到PLC系统的电路中，给系统造成极大的危害。所以PLC如果钟从公用电网供电，将是很危险的。

    2)柜内干扰。如果PLC系统与其他大电感设备、高电压设备混装，控制柜内的高压电器，大电感性负载，混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。

    即使PLC系统只与小容量电器安装在一起，这些电器的通断控制同样会产生电磁干扰。

    3)信号线干扰。与PLC控制系统相连的各类信号线，除了传输各类有效的信息之外，还会有外部干扰信号侵入。外部干扰主要有2种：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。信号线干扰会引起I／0信号工作异常并大大降低测量精度，严重诗损伤元器件。

    4)接地系统的干扰。接地是提高电子设备电磁兼容性的有效手段之一。正确的接地，可以抑制电磁干扰的影响，还可抑制设备向外发出干扰；模拟电路的影响，逻辑地与模拟地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。

    5)变频器的干扰。变频器启动和运行过程中产生的谐波可以对电网产生传导干扰，从而引起电网电压畸变，影响电网的供电质量；变频器的输出也会产生较强的电磁辐射干扰，进而影响周边设备的正常工作。

    1．3 非电磁干扰

    1)由于机械拉扯，线路自身老化等原因造成传输信号时断时续，现场信号无法准确地传送给PLC，造成控制出错。

    2)机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制结果。

    3)现场执行变送器、机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等。这些故障同样会使控制系统不能正常工作。影响执行机构出错的主要原因有：①控制负载的接触不能可靠动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作；②各种电动阀、电磁阀开、关不能到位，使得执行机构无法按PLC的理想控制要求动作，导致系统无法正常工作，降低了系统可靠性。

2 主要抗干扰措施

    2．1 电源的合理处理。抑制电网引入的干扰

    对于电源引入的电网干扰可以安装一台带层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。最好采用专用的净化电源。PLC的CPU部分与I／0部分分别供电，以避免I／0外部回路短路造成PLC停机。

    2．2 安装与布线
 
    1)安装。PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线(二者之间距离应大于200 mm)。与PLC装在同一个柜子内的电感性负载，如功率较大的继电器、接触器的线圈，应并联RC消弧电路。

    2)柜内布线。柜内导线尽量按照不同的电压等级及类别分别走线，电源线采用双绞线。如必须在同一线槽内，分开捆扎交流信号线、直流信号线。

    3)柜外布线。PLC的输入与输出、开关量与模拟量要分开敷设。模拟量信号的传送应采用线，层应一端接地，接地电阻应小于1 Q。不同电压等级的信号不能安排在同一根电缆中，交流信号与直流信号不能安排在同一根电缆中。

   2．3 PLC输出负载的抗干扰处理

    PLC输出模板采用继电器输出型时，所带的电感性负载的大小，会影响到模板内继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时应合理选择，或加隔离继电器。更重要的一点，PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，若负载为直流电感性负载，则在负载两端加续流二极管保护，若负载为交流点刚性负载，则在负载两端加阻容吸收电路，见图1。一般选择D为1 A，R为100 Q，C为0．47 pF。

图1 阻容吸收电路不意图

    2．4 正确选择接地点，完善接地系统

    良好的接地是保证PLC可靠工作的一个重要条件，可避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的一般有两个：一是为了安全，二是为了抑制干扰。完善的接地是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

    PLC控制系统的地线包括系统地、地、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电位分布不均，不同接地点之间存在地电位差，从而引起地环路电流，影响系统正常工作。比如电缆层必须单点接地，如果电缆层两端都接地，就存在地电位差，有电流流过层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。此外，接地线、层和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，层内又会感应出电流，通过层与芯线之间的耦合．信号回路受到干扰。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等的电位分布，影响PLC内模拟电路和逻辑电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机等故障。模拟地电位的分布将使测量精度下降，会引起对信号测控的严重失真和误动作。

    1)安全地或电源接地。将电源线接地端和柜体连线接地做为安全接地。若电源漏电或柜体带电，可以从安全接地端导入地下。

    2)系统接地。系统接地即PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地。接地电阻值不得大于4 Q，通常需将PI，C设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起，作为控制系统地。

    3)信号与接地。一般要求信号线必须有唯一的参考地，电缆遇到可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地环路”。信号源接地时，层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的双绞线与多芯对绞总电缆连接时，各层应互相连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接地。

    2．5 对变频器干扰的抑制

    变频器干扰处理一般有以下几种方式：

    1)加隔离变压器，主要针对来自电源的传导干扰，可将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前；2)使用滤波器，滤波器具有较强的抗干扰能力，可防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能；3)使用输出电抗器，在变频器和电动机之间增加交流电抗器主要是为了减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，影响其它设备正常工作。

3 矿井提升系统干扰问题及解决办法

    我矿在2007年投产了一套1 900 kw交一交变频提升系统，针对现场出现的问题采取了以下的抗干扰措施：1)把功率部分与控制部分分别安装在两层，使得功率柜对PLC以及变频控制部分的电磁干扰减至最低；2)PI，C系统及变频控制系统用的交流控制电源均通过UPS供电，使得高压电网侧的干扰信号不会通过电源钟传入控制系统；3)为了可靠接地并减少接地电阻，在保证接地极电阻小于1 Q的础上，选用双根95 mm2电缆作为接地电缆；4)对于触发脉冲、电压检测信号、电流检测信号、测速编码器信号等关键线路，采取单独敷设电缆，层双端单独接地的措施。

4 结论

    这套系统在调试初期，由于干扰问题给调试带来了一定的影响。使得接入PLC系统的位置检测信号、连锁信号出现差错。重新处理了接地与之后，干扰的问题没有再出现。PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，才能使PLC控制系统正常工作。