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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電源共地未經隔離，當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RS485芯片SN75176（RS485芯片的允許共模輸入電壓范圍為：-7V～+12V）。該保護電路能承受共模干擾電壓功率為60W，保護電路和芯片內部沒有防靜電措施。



二、常發生的故障現象分析：
當PLC的RS485口經非隔離的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象發生，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干擾電流經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上產生的瞬態功率為：102×10=1000W，當然會將其燒斷。
●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干擾電壓將Z1或Z2和SN75176擊穿，由于電流較小和發生時間較短因而R1、R2不至于發熱燒斷。
由以上分析得知PLC接口損壞的主要原因是由于瞬態過電壓和靜電造成，產生瞬態過電壓和靜電的原因很多也較復雜，如由于PLC內部24V電源和5V電源共地，24V電源的輸出端子L+、M為其它設備混合供電可能導致地電位變化，從而造成共模電壓超出允許范圍。所以EIA-485標準要求將各個RS485接口的信號地用一條低阻值導線連接在一起以保證各節點的地電位相等，消除地線環流！
當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，插拔瞬間必然產生瞬態過電壓或過電流。
連接在RS485總線上的其它設備產生的瞬態過電壓或過電流同樣會流入到PLC，總線上連接的設備站點數越多，產生瞬態過電壓的因素也越多。
當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：“聯網的幾十臺PLC全部遭打壞了！”。
三、 解決辦法：
1、從PLC內部考慮：
●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、過熱保護、輸入失效保護等保護措施完善的高擋次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。
●采用響應速度更快、承受瞬態功率更大的新型保護器件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采用正溫度系數的自恢復保險PTC，如JK60-010，正常情況下的電阻值為5歐，并不影響正常通信，當受到浪涌沖擊時，大電流流過PTC和保護器件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（特別是在工業現場）。西門子公司早期出產的PC/PPI電纜（6ES7 901-3BF00-0XA0）是不隔離的，現在也改成隔離的電纜了！
● PLC的RS485口聯網時采用隔離的總線連接器.
● 與PLC聯網的第三方設備，如變頻器、觸摸屏等的RS485口均使用RS485隔離器BH-485G進行隔離，這樣各RS485節點之間就無“電”的聯系，也無地線環流產生，即使某個節點損壞也不會連帶其它節點損壞。
● 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備的外殼并最后接大地。
● 對于有架空線的系統，總線上最好設置專門的防雷擊設施。 

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或不能進行通訊，在對PLC解體時發現，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。

打開STEP7時出現未發現有效的許可證密鑰的解決辦法

我在打開STEP 7時，出現的對話框提示“未發現有效的許可證密鑰”。點擊“確定”按鈕，出現的對話框提示“STEP 7發現自動許可證管理器存在問題。正在關閉應用程序，請重新安裝自動許可證管理器”。
    下面介紹一個解決的方法。打開計算機的控制面板，雙擊“管理工具”，再雙擊“服務”，打開“服務”對話框（見圖1）。

圖1

    雙擊“Automation License Manager Server”（自動化許可證管理器服務），打開它的屬性對話框（見圖2）。用“啟動類型”選擇框，將啟動類型由“手動”改為“自動”。
    點擊“啟動”按鈕，啟動“Automation License Manager Server”，其狀態變為“已啟動”。最后點擊“確定”按鈕，圖3是修改后的“服務”對話框。

圖2

圖3

    這樣處理后就可以打開STEP 7了。一般情況下，下一次啟動計算機也能自動啟動自動化許可證管理器服務。但是我有一臺計算機，每次開機后都需要作一次上述的操作，才能啟動自動化許可證管理器服務。我懷疑是360衛士作怪，打開360衛士，點擊“功能大全”，再點擊“開機加速”，在“啟動項”選項卡，看不到與自動化許可證管理器服務有關的啟動項。
    將360衛士卸載，用上述方法將自動化許可證管理器服務設置為自動啟動，計算機開機時可以自動啟動自動化許可證管理器服務了。奇怪的安裝上原版本的360衛士后，開機自動啟動自動化許可證管理器服務也沒有問題！

西門子PLC網絡讀寫指令向導使用指南

PPI協議是專門為S7-200開發的通信協議。S7-200 CPU的通信口（Port 0、Port 1）均支持PPI通信協議。S7-200 CPU的PPI網絡通信是建立在RS-485網絡的硬件基礎上，因此其連接屬性和需要的網絡硬件設備與其他RS-485網絡一致。

1  網絡讀寫（NETR/NETW）指令介紹

2  網絡讀寫指令向導組態

2.1 硬件連接

2.2 NETR/NETW向導組態過程

2.2.1設定通信站地址

2.2.2 向導配置步驟

• 豐富的指令集:
  運算種類眾多，便于編程：
  • 基本運算，如二進制邏輯運算、結果分配、保存、計數、創建時間、加載、傳輸、比較、移動、旋轉、創建補數、調用子程序（帶有局部變量）
  • 集成通訊命令（例如，USS 協議、Modbus RTU、S7 通訊“T-Send/T-Receive”（T 發送/T 接收）或自由端口模式 (Freeport)）
  • 使用簡便的功能，如脈沖寬度調制、脈沖序列功能、運算功能、浮點運算功能、PID 閉環控制、跳轉功能、環路功能和代碼轉換
  • 數學函數，例如 SIN、COS、TAN、LN、EXP
• 計數:
  用戶友好的計數功能配以集成的計數器和高速計數器指令給用戶開辟了新的應用領域
• 中斷處理：
  • 邊緣觸發中斷（通過中斷輸入上過程信號的上升沿或下降沿激活）支持對過程事件的快速響應。
  • 時間觸發中斷。
  • 可以在達到設定值或計數方向改變時觸發計數器中斷。
  • 通訊中斷允許與外圍設備（如打印機或條形碼閱讀器）快速、簡單地交換信息
• 口令保護
• 測試和診斷功能：
  易于使用的功能支持測試和診斷，例如，在線/離線診斷
• 在測試和診斷過程中“強制”輸入和輸出：
  可以獨立于循環設置輸入和輸出，因此，可以永久設置輸入和輸出，例如，用于測試用戶程序
• 按照 PLCopen 對簡單運動進行的運動控制
• 庫功能

CPU 啟動(暖啟動)，冷啟動和熱啟動的區別是什么？

通電后，西門子S7-400 CPU 或 CPU 318-2 開始執行用戶程序之前，啟動程序已開始工作。在啟動程序中，用戶可以對循環程序通過編程啟動 OB 來進行相應地定義預設置。

如下有三種啟動方式：

在操作模式“STARTUP”中：

• 程序在啟動 OB 中運行( OB 100 為啟動(暖啟動)，OB101 為熱啟動，OB102 為冷啟動) 。
• 不可用時間和報警控制程序運行。
• 時間保持更新。
• 運行時間表在運行。
• 信號模塊上的數字輸出被鎖定，但可以通過直接存儲來設置。

啟動(暖啟動)：

圖 01

 在啟動(暖啟動)中， 程序處理以“基本設置”內系統數據和用戶地址范圍為程序啟動點來重啟。

• 過程映像區，非保持存儲器，定時器和計數器都重新設置。保持的存儲器，定時器，計數器各自都保留其最后的有效數值。所有以“未保留”的屬性參數化的數據塊被復位為初始值。其他數據塊各自保留其最后的有效數值。
• 程序處理從頭開始再次重新啟動 (啟動 OB 或 OB1) 。
• 如果供電中斷，暖啟動只可用于緩沖模式。如若運行的 CPU 沒有后備電池，當開關接通或 POWER OFF 后重新上電時，CPU 將自動復位并重新啟動(暖啟動)。

如果系統不要求完全復位，那么啟動(暖啟動)一直是可行的。在如下情況發生后，只有啟動(暖啟動)可行：

• 完全復位。
• 在CPU 的 STOP 模式下載入用戶程序。
• USTACK/BSTACK 溢出。
• 通過 POWER OFF 或模式開關使啟動(熱啟動)被中斷。
• 重新啟動超出參數化中斷的時間限制。

啟動(暖啟動)的操作命令：

用戶可以觸發手動啟動(暖啟動)：

• 通過模式選擇開關
• (如果可以，CRST/WRST  開關必須設置為 CRST)
• 通過PG的命令菜單或通訊功能
• (模式選擇開關需設置在 RUN 或 RUN-P 位置).

在 POWER ON 時，下面的狀態會觸發自動啟動(暖啟動)：

• POWER OFF 時 CPU 不在 STOP .  
• 模式選擇開關設置到 RUN 或者 RUN-P.
• 沒有將 POWER ON 的參數設置為自動熱啟動或自動冷啟動。
• CPU 的啟動(暖啟動)沒有因電源故障而引起中斷(不依賴于啟動的參數設置)

冷啟動：

圖 02

• 冷啟動時，主存儲器中 SFC 生成的數據塊都被刪除，其他數據塊從裝載存儲器中獲取默認值。
• 無論是否設置數據保持，過程映像區，定時器，計數器，指示器都將在程序(裝載存儲器)中重新設置到初始值。
• 輸入的過程映像區被讀入，STEP 7 用戶程序開始重新啟動 (OB102 或 OB1).

冷啟動的操作命令：

• 只能從 PG 觸發手動冷啟動。
• 如果參數已相應地定義于 STEP 7 中，某些 S7-400 CPU 可通過模式選擇開關和啟動模式轉換 (CRST/WRST) 來執行冷啟動。

熱啟動：

圖 03

在 RUN 狀態下電源中斷后再次供電，S7-400 CPU 通過初始化路徑然后自動執行熱啟動。重新熱啟動后，用戶程序在中斷點繼續運行 (定時器，計數器，指示器不被重新設置，當前數值保存在 DB 塊中)。在斷電前未執行的用戶程序被稱為剩余循環程序。剩余循環程序同時包括時間和報警控制程序部分。 

• 熱啟動中，所有數據包括過程映像區都執行它們最后的有效數值。
• 程序在中斷點繼續執行命令。
• 在當前周期完成之前，輸出不會改變。
• 如果供電中斷，熱啟動只可適用于緩沖模式。

原則上來說，如果用戶程序在 STOP 狀態下沒有改變 (例如裝載一個修改過的塊) 或者因為某些原因而不需要進行啟動 (暖啟動)，那么，熱啟動是允許的。

熱啟動的操作命令：

如果相關參數已設定于 CPU 中，并且是如下原因造成 STOP, 那么手動熱啟動是可行的：

• 模式選擇器從 RUN 轉換到 STOP。
• STOP 已被用戶編程，STOP 在調用 OB 后未被載入。
• STOP 狀態包含于 PG 或某個通訊功能。

用戶可以觸發熱啟動：

• 通過模式選擇開關來選擇。
• CRST/WRST 需設置在 WRST。
• 通過 PG 菜單命令或通過通訊功能 (模式選擇開關設置到 RUN 或 RUN-P)
• 手動熱啟動已在 CPU 中參數化。

自動熱啟動可在 POWER ON 狀態下被觸發，如果：

• 在 POWER OFF 狀態下，CPU 不在 STOP 或 HALT。
• 模式選擇開關設置到 RUN 或 RUN-P。
• 自動熱啟動已為 POWER ON 在 CPU 內參數化。
• 在自動熱啟動中，CRST/WRST 的轉換是無效的。