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西门子S7-200PLC的RS485通信口易损坏的原因和解决办法
http://www.weixiu8.com/ 2015-7-2 22:02:19
西门子S7-200PLC的RS485通信口易损坏的原因和解决办法
    一、S7-200PLC内部RS485接口电路(见附图)
    附图电路中,R1、R2是10Ω普通电阻,用于防止RS485信号D+和D-短路时产生过电流烧坏芯片;Z1、Z2是钳制电压为6V、最大电流为10A的齐纳二极管;24V和5V电源共地,未经隔离。当D+或D-线上有共模干扰电压灌入时,由桥式整流电路和Z1、Z2将共模电压钳制在+6.7V,从而保护RS485芯片SN75176(Rs485芯片的允许共模输入电压范围为-7V~+12V)。该保护电路能承受共模干扰电压功率为60W,保护电路和芯片内部没有防静电措施。
    二、常见故障现象分析
    当PLC的RS485口经非隔离的PC/PPI电缆与电脑连接、PLC与PLC之间连接或PLC与变频器、触摸屏等通信时,常有通信口损坏现象发生,较常见的损坏情况如下:
    1.R1或R2被烧断,Z1、Z2和SN75176完好。
    这是由于有较大的瞬态干扰电流经R1或R2、桥式整流、Z1或Z2到地,Z1、Z2能承受最大10A电流的冲击,而该电流在R1或R2上产生的瞬态功率为:10的平方×10=1000W,当然会将其烧断。
    2.SN75176损坏,R1、R2和Z1、Z2完好。
    这可能是受到静电冲击或瞬态过电压速度快于Z1、Z2的动作速度造成的,静电无处不在,仅人体模式也会产生±15kV的静电。
    3.Z1或Z2、SN75176损坏,R1和R2完好。
    这可能是高电压、低电流的瞬态干扰电压将Z1、Z2和SN75176击穿,由于电流较小和发生时间较短,因而R1、R2未发热烧断。
    由以上分析可知,PLC接口损坏主要是由瞬态过电压和静电造成的。产生瞬态过电压和静电的原因很多且较复杂,如由于PLC内部24V电源和5V电源共地,24V电源的输出端子L+、M为其他设备混合供电可能导致地电位变化,造成共模电压超出允许范围。所以,EIA485标准要求将各RS485接口的信号地用一条低阻值导线连接在一起,以保证各节点的地电位相等,消除地线环流!
    当带电插拔未隔离的连接电缆时,由于两端电位不相等,且电路中存在诸多电感、电容之类的器件,插拔瞬间必然产生瞬态过电压或过电流。
    连接在RS485总线上的其他设备产生的瞬态过电压或过电流同样会流入到PLC,总线上连接的设备站点数越多,产生瞬态过电压的因素也越多。
    当通信线路较长或有室外架空线时,雷电必然会在线路上造成过电压,其能量往往是巨大的,常有用户沮丧地说:“联网的几十台PLC全部遭打坏了!”。转载请注明转自“维修吧-http://www.weixiu8.com
    三、解决办法
    1.从PLC内部考虑
    (1)采用隔离的DC/DC将24V电源和5V电源隔离,三菱、欧姆龙、施耐德PLC以及西门子的profibus接口均是如此。
    (2)选用带静电保护、过热保护、输入失效保护等保护措施完善的高档RS485芯片,如SN65HVD1176D、MAX3468ESA等,这些芯片的价格一般为十几元至几十元,而SN75176仅为1.5元。
    (3)采用响应速度更快、承受瞬态功率更大的新型保护器件TVS或BL浪涌吸收器,如P6KE6.8CA的钳制电压为6.8V,承受瞬态功率为500W,BL器件则可抗击4000A以上的大电流冲击。
    (4)R1和R2采用正温度系数的自恢复保险PTC,如JK60-010,其正常情况下的电阻值为5Ω,不影响正常通信,当受到浪涌冲击时,大电流流过眦和保护器件TVS(或BL),PTC的电阻值将骤然增大,使浪涌电流迅速减小。
    2.从PLC外部考虑
    (1)PLC的RS485口联网时采用隔离的总线连接器。
    (2)与PLC联网的第三方设备,如变频器、触摸屏等的RS485口均使用RS485隔离器BH-485G进行隔离,这样一来,各RS485节点之间就无“电”的联系,也无地线环流产生,即使某个节点损坏也不会连带其他节点损坏。
    (3)RS485通信线采用profibus总线专用屏蔽电缆,保证屏蔽层接到每台设备的外壳并最后接大地。
    (4)对于有架空线的系统,总线上最好设置专门的防雷击设施。
    (5)使用隔离的PC/PPI电缆,尽量不用廉价的非隔离电缆(特别是在工业现场)。西门子公司早期出产的PC/PPI电缆(6ES7 901-3BF00-OXA0)是不隔离的,现在也改成隔离的电缆了。
    解决S7—200通讯口损坏的办法实例、实验如下:
    在单位众多S7—200PLC中,不时有通讯口损坏,致使不能连接PC或不能进行通讯的情况发生。在对PLC解体时发现,在PLC通讯口处有一芯片——75176,就是通讯接口芯片,周围有5个FB,标识为FB1~FB5,其实就是5个保险,在通讯连不上时,一般就是这5个保险中的某个烧毁了。对此,可用同型号的保险代替,应急时用相当于保险电流的细导线直接短路,也能解决问题。更换时要注意,由于该元件是贴片的,十分小,空间也小,焊接时不要短路。
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