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1 引言

PLC由于具有功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡介，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，特別是高可靠性、較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，已被廣泛應(yīng)用于自來水行業(yè)。但由于現(xiàn)場環(huán)境條件惡劣、濕度高、以及各種工業(yè)電磁、輻射干擾等，會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作,因此必須重視工程的抗干擾設(shè)計(jì)。 
水廠應(yīng)用中的PLC所受的干擾源主要有電源系統(tǒng)引入的干擾、接地系統(tǒng)引入的干擾和輸入輸出電路引入的干擾三類。如果PLC的干擾問題解決得不好，系統(tǒng)將無法可靠運(yùn)行，將會(huì)影響到正常供水。因此，有必要對(duì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)中的干擾問題進(jìn)行探討。主要本文分別討論PLC的三種抗干擾技術(shù)。

2 抗干擾的技術(shù)對(duì)策分析

為防止干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾措施，其中，硬件抗干擾是最基本和最重要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來抑制和消除干擾源，切斷干擾對(duì)系統(tǒng)的耦合通道，降低系統(tǒng)對(duì)干擾信號(hào)的敏感性。

2.1 電源系統(tǒng)引入的干擾 
電網(wǎng)的干擾，頻率的波動(dòng)，將直接影響到PLC系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。如何抑制電源系統(tǒng)的干擾是提高PLC的抗干擾性能的主要環(huán)節(jié)。

(1) 加裝濾波、隔離、屏蔽、開關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)。 
設(shè)置濾波器的作用是為了抑制干擾信號(hào)從電源線傳導(dǎo)到系統(tǒng)中，使用隔離變壓器，必須注意:屏蔽層要良好接地;次級(jí)連接線要使用雙繞線(減少電線間的干擾)，隔離變壓器的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組應(yīng)分別加屏蔽層，初級(jí)的屏蔽層接交流電網(wǎng)的零線;次級(jí)的屏蔽層和初級(jí)間屏蔽層接直流端。 
為了抑制電網(wǎng)大容量設(shè)備起停(如送水泵等)引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，保持供電電壓的穩(wěn)壓，可采用開頭穩(wěn)壓電源。

(2) 分離供電系統(tǒng) 
       PLC的控制器與I/O系統(tǒng)分別由各自的隔離變壓器供電，并與主電源分開，這樣當(dāng)輸入輸出供電斷電時(shí)，不會(huì)影響到控制器的供電。如圖1所示。

圖1 分離供電系統(tǒng)圖

2.2 抑制接地系統(tǒng)引入的干擾 
     PLC系統(tǒng)分為邏輯電路接地和功率電路接地，有共地、浮地及機(jī)殼共地和電路浮地等三種方式。一般采用控制器與其它設(shè)備分別接地方式最好，接地時(shí)注意:接地線盡量粗，一般大于2mm2的線接地;接地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近控制器，接地點(diǎn)與控制器之間的距離不大于50m;接地線應(yīng)盡量避開強(qiáng)電回路和主回路的電線，不能避開時(shí)，應(yīng)垂直相交，應(yīng)盡量縮短平行走線的長度。
實(shí)踐證明，接地往往是抑制噪聲和防止干擾的重要手段，良好的接地方式可在很大程度上抑制內(nèi)部噪聲的耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

2.3 抑制輸入輸出電路引入的干擾 
      為了實(shí)現(xiàn)輸入輸出電路上的完全隔離，近年來在控制系統(tǒng)中光電耦合得到廣泛應(yīng)用，已成為防止干擾的最有效措施之一。光電耦合器具有以下特點(diǎn):首先，由于是密封在一個(gè)管殼內(nèi)，不會(huì)受到外界光的干擾;其次，由于靠光傳送信號(hào)，切斷了各部件電路之間地線的聯(lián)系;第三，發(fā)光二極管動(dòng)態(tài)電阻非常小，而干擾源的內(nèi)阻一般很大，能夠傳送到光電耦合器輸入輸出的干擾信號(hào)就變得很小;第四，光電耦合器的傳輸比和晶體管的放大倍數(shù)相比，一般很小，遠(yuǎn)不如晶體管對(duì)干擾信號(hào)那么靈敏，而光電耦合器的發(fā)光二極管只有在通過一定的電流時(shí)才能發(fā)光。因此，即使是在干擾電壓幅值較高的情況下，由于沒有足夠的能量，仍不能使發(fā)光二極管發(fā)光，從而可以有效地抑制掉干擾信號(hào)。由于光電耦合器的線性區(qū)一般只能在某一特定的范圍內(nèi)，因此，應(yīng)保證被傳信號(hào)的變化范圍始終在線性區(qū)內(nèi)。為了保證線性耦合，既要嚴(yán)格挑選光電耦合器，又要采取相應(yīng)的非線性較正措施，否則將產(chǎn)生較大的誤差。

(1) 光電耦合輸入電路如圖2所示。其中圖2(a)、圖2(b)用的較多，高電平時(shí)接成形式，低電平輸入時(shí)接成形式。圖2(c)為差動(dòng)型接法，它具有兩個(gè)約束條件，對(duì)于防止干擾有明顯的優(yōu)越性，適用于外部干擾嚴(yán)重的環(huán)境，當(dāng)外部設(shè)備電流較大時(shí)，其傳輸距離可達(dá)100~200m，圖2(d)考慮到COMS電路的輸出驅(qū)動(dòng)電流較小，不能直接帶動(dòng)發(fā)光二極管，所以加接一級(jí)晶體管作為功率放大，需要注意的是圖中發(fā)光二極管和光敏三極管應(yīng)分別由兩個(gè)電源供電，電阻值視電壓高低選取。

圖2 光電耦合輸入電路

(2) 光電耦合輸出電路如圖3所示。為了得到和輸入同相的信號(hào)，可以采用圖3(a)形式。若要求輸出和輸入反相，可以接成圖3(b)形式。當(dāng)輸出電路所驅(qū)動(dòng)的元件較多時(shí)，可以加接一級(jí)晶體管作為驅(qū)動(dòng)功率放大，其接法如圖3(c)所示。有時(shí)為了獲得更好的輸出波形，輸出信號(hào)可經(jīng)施密特電路整形。

 
圖3 光電耦合輸出電路

以上兩點(diǎn)是對(duì)開關(guān)量輸入輸出信號(hào)的處理方法，而對(duì)模擬輸入輸出信號(hào)，為了消除工業(yè)現(xiàn)場瞬時(shí)干擾對(duì)它的影響，除加A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路和光電耦合外，可根據(jù)需要采取軟件的數(shù)字濾波技術(shù)如中值法、一階遞推數(shù)字濾波法等算法。

3 結(jié)束語

PLC控制系統(tǒng)的抗干擾性設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到具體的輸入輸出設(shè)備和工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境，在設(shè)計(jì)抗干擾系統(tǒng)時(shí)要求要綜合考慮各方面的因素。

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6XV1830-0EH10

S7-200系列 PLC的存儲(chǔ)器空間

S7-200 PLC的存儲(chǔ)器空間大致分為三個(gè)空間，即程序空間、數(shù)據(jù)空間和參數(shù)空間。

1．程序空間

該空間主要用于存放用戶應(yīng)用程序，程序空間容量在不同的CPU中是不同的。另外CPU中的RAM區(qū)與內(nèi)置EEPROM上都有程序存儲(chǔ)器，但它們互為映像，且空間大小一樣。

2．?dāng)?shù)據(jù)空間

該空間的主要部分用于存放工作數(shù)據(jù)稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，另外有一部分作寄存器使用稱為數(shù)據(jù)對(duì)象。

（1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 它包括變量存儲(chǔ)器（V），輸入信號(hào)緩存區(qū)（輸入映象存儲(chǔ)器I），輸出信號(hào)緩沖區(qū)（輸出映象存儲(chǔ)區(qū)Q），內(nèi)部標(biāo)志位存儲(chǔ)器（M）又稱內(nèi)部輔助繼電器，特殊標(biāo)志位存儲(chǔ)器（SM）。除特殊標(biāo)志位外，其他部分都能以位、字節(jié)、和雙字的格式自由讀取或?qū)懭搿?/span>

變量存儲(chǔ)器（V）是保存程序執(zhí)行過程中控制邏輯操作的中間結(jié)果，所有的V存儲(chǔ)器都可以存儲(chǔ)在永久存儲(chǔ)器區(qū)內(nèi)，其內(nèi)容可在與EEPROM或編程設(shè)備雙向傳送。

輸入映象存儲(chǔ)器（I）是以字節(jié)為單位的寄存器，它的每一位對(duì)應(yīng)于一個(gè)數(shù)字量輸入結(jié)點(diǎn)。在每個(gè)掃描周期開始，PLC依次對(duì)各個(gè)輸入結(jié)點(diǎn)采樣，并把采樣結(jié)果送入輸入映象存儲(chǔ)器。PLC在執(zhí)行用戶程序過程中，不再理會(huì)輸入結(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，它所處理的數(shù)據(jù)為輸入映象存儲(chǔ)器中的值。

輸出映象存儲(chǔ)器（Q）是以字節(jié)為單位的寄存器，它的每一位對(duì)應(yīng)于一個(gè)數(shù)字輸出量結(jié)點(diǎn)。PLC在執(zhí)行用戶程序的過程中，并不把輸出信號(hào)隨時(shí)送到輸出結(jié)點(diǎn)，而是送到輸出映象存儲(chǔ)器，只有到了每個(gè)掃描周期的末尾，才將輸出映象寄存器的輸出信號(hào)幾乎同時(shí)送到各輸出結(jié)點(diǎn)。使用映象寄存器優(yōu)點(diǎn)：①同步地在掃描周期開始采樣所有輸入點(diǎn)，并在掃描的執(zhí)行階段凍結(jié)所有輸入值；②在程序執(zhí)行完后再從映象寄存器刷新所有輸出點(diǎn)，使被控系統(tǒng)能獲得更好穩(wěn)定性；⑧存取映象寄存器的速度高于存取I/O速度，使程序執(zhí)行的更快；④I/O點(diǎn)只能以位為單位存取，但映象寄存器則能以位、字節(jié)、雙字進(jìn)行存取。因此，映象寄存器提供了更高的靈活性。另外對(duì)控制系統(tǒng)中個(gè)別I/O點(diǎn)要求實(shí)時(shí)性較高的情況下，可用直接I/O指令直接存取輸入/輸出點(diǎn)。

內(nèi)部標(biāo)志位（M）又稱內(nèi)部線圈（內(nèi)部繼電器等），它一般以位為單位使用，但也能以字、雙字為單位使用。內(nèi)部標(biāo)志位容量根據(jù)CPU型號(hào)不同而不同。

特殊標(biāo)志位（SM）用來存儲(chǔ)系統(tǒng)的狀態(tài)變量和有關(guān)控制信息，特殊標(biāo)志位分為只讀區(qū)和可寫區(qū)，具體劃分隨CPU不同而不同。

（2）數(shù)據(jù)對(duì)象  數(shù)據(jù)對(duì)象包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、高速計(jì)數(shù)器、累加器、模擬量輸入/輸出。

定時(shí)器類似于繼電器電路中的時(shí)間繼電器，但它的精度更高，定時(shí)精度分為lms，10ms和100ms三種，根據(jù)精度需要由編程者選用。定時(shí)器的數(shù)量根據(jù)CPU型號(hào)不同。

計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖由外部輸入，計(jì)數(shù)脈沖的有效沿是輸入脈沖的上升沿或下降沿，計(jì)數(shù)的方式有累加1和累減1兩種方式。計(jì)數(shù)器的個(gè)數(shù)同各CPU的定時(shí)器個(gè)數(shù)。

高速計(jì)數(shù)器與一般計(jì)數(shù)器不同之處在于，計(jì)數(shù)脈沖頻率更高可達(dá)2kHz/7kHz，計(jì)數(shù)容量大，一般計(jì)數(shù)器為16位，而高速計(jì)數(shù)器為32位，一般計(jì)數(shù)器可讀可寫，而高速計(jì)數(shù)器一般只能作讀操作。

在S7-200CPU中有4個(gè)32位累加器，即AC0～AC3，用它可把參數(shù)傳給子程序或任何帶參數(shù)的指令和指令塊。此外，PLC在響應(yīng)外部或內(nèi)部的中斷請求而調(diào)用中斷程序時(shí)，累加器中的數(shù)據(jù)是不會(huì)丟失的，即PLC會(huì)將其中的內(nèi)容壓入堆棧。因此，用戶在中斷程序中仍可使用這些累加器，待中斷程序執(zhí)行完返回時(shí)，將自動(dòng)從堆棧中彈出原先的內(nèi)容，以恢復(fù)中斷前累加器的內(nèi)容。但應(yīng)注意，不能利用累加器作主程序和中斷子程序之間的參數(shù)傳遞。

模擬量輸入/輸出可實(shí)現(xiàn)模擬量的A/D和D/A轉(zhuǎn)換，而PLC所處理的是其中的數(shù)字量。

3．參數(shù)空間

用于存放有關(guān)PLC組態(tài)參數(shù)的區(qū)域，如保護(hù)口令、PLC站地址、停電記憶保持區(qū)、軟件濾波、強(qiáng)制操作的設(shè)定信息等，存貯器為EEPROM。