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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
發(fā)布時(shí)間:2023-07-26 11:24 瀏覽次數(shù):1488

一、 S7-200PLC內(nèi)部RS485接口電路圖
圖中R1、R2是阻值為10歐的普通電阻,其作用是防止RS485信號(hào)D+和D-短路時(shí)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(shí),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(shí)時(shí)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(huì)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(dòng)作速度造成的,靜電無處不在,僅人體模式也會(huì)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(shí)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(gè)RS485接口的信號(hào)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(shí),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(huì)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(zhǎng)或有室外架空線時(shí),雷電必然會(huì)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(tái)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,我們分析了三菱、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(jià)格一般在十幾元至幾十元,而SN75176的價(jià)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(xiǎn)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(shí),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(jià)的非隔離電纜(特別是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng))。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(shí)采用隔離的總線連接器,如PFB-G,速率為0~10Mbps自動(dòng)適應(yīng),外形和使用方法與西門子非隔離的總線連接相同。


● 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(gè)節(jié)點(diǎn)損壞也不會(huì)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(tái)設(shè)備的外殼并最后接大地。


● 對(duì)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。


以上拙見,希望與各位同行共同探討,或許能起拋磚引玉之作用,如有不妥,請(qǐng)不吝指正!


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