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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)點損壞也不會連帶其它節(jié)點損壞。
● 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。

運(yùn)用VC#編程通過OPC方式實現(xiàn)PC機(jī)與西門子PLC通訊

1、 配置OPC服務(wù)器
對于服務(wù)器的配置與同步通訊的配置一樣，這里不需再講解，若有不清楚的，可以參閱之前發(fā)布的<運(yùn)用VC#編程通過OPC方式實現(xiàn)PC機(jī)與西門子PLC通訊>
2、 OPC編程
變量組、項的命名規(guī)則與同步通訊的一樣，這里不再描敘，下面主要就開發(fā)一個異步通訊類 AsynServer來講解如何編程。
<1>、引用
在VC#開發(fā)環(huán)境中添加對OpcRcw.Da庫以及OpcRcw.Comn庫的引用，該庫屬于.NET庫，不屬于COM庫，西門子雖然編寫了類庫，以提供對.NET平臺的支持，但這些類庫仍然難于編程，里面包含了大量的在托管和非托管區(qū)傳輸數(shù)據(jù)，因此我們需要在它的基礎(chǔ)上再開發(fā)一個類庫，以簡化以后的編程，首先在類的開頭使用命名空間：
using OpcRcw.Comn;
using OpcRcw.Da;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Collections;
<2>、編程
異步編程的原理就是在OPC服務(wù)器那邊檢測當(dāng)前活動的變量組，一但檢測到某一個變量，譬如變量Q0.0從1變成0，就會執(zhí)行一個回調(diào)函數(shù)，以實現(xiàn)針對變量發(fā)生變化時需要實現(xiàn)的動作，在這里可以采用委托來實現(xiàn)該功能。
1、 在命名空間的內(nèi)部、類 AsynServer聲明之前添加委托的申明：
// 定義用于返回發(fā)生變化的項的值和其對應(yīng)的客戶句柄
public delegate void DataChange(object[] values,int[] itemsID);