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西门子DP总线是适用于自动控制系统与分散I/O 之间的高速通信；可取代24 V 或4~20 mA 的串联式信号传输；使用RS485传输技术或光纤媒体。
西门子DP总线是专为过程自动化设计；可将变送器和执行器连接到一根公共总线，可用于本质安全领域；数据传输采用扩展的ProfiBus-DP协议，还具有PA行规。
本文将采用ProfiBus-DP和ProfiBus-PA通信协议来构建过程控制系统。
2 系统架构
本过程控制系统用于模拟对工业现场液位、温度等信息的采集、处理，PID控制和控制工艺流程的实时监控。系统通过西门子DP总线进行数据传输和交换，采用MPI通信方式与上位机进行通信和远程控制，从而使整个控制系统实现网络化和数字化。控制系统结构图如图1所示。
系统主要包含上位监控机、CPU、以太网通信模块、DP链路、分布式I/O和变频器DP从站、温度和压力变送器、阀门定位器、电磁流量计等。CPU采用Siemens 的S7300 315-2 DP,既具有多点通信功能的MPI接口，又具有ProfiBus-DP通信功能[6].
3 系统组态
3.1 硬件组态
针对西门子S7-300 PLC 来说，其硬件组态是通过Step7 软件来实现的。组态过程主要包括以下几个步骤。
（1）新建项目
新建项目时需选择好存储路径和项目名称。
（2）添加工作站
右键点击新建的站点名字，选择插入SIMATIC300 Station.
（3）硬件配置[7]
双击Hardware进入硬件配置界面，从右侧硬件列表中拖入机架，并按实际机架上模块的顺序依次添加电源、CPU（315-2DP）、AI/AO模块。DP/PAlink等。根据每个测试系统的不同，有选择的在PA层挂入变频器、流量计、变送器和电磁阀等对象。图2是组态完的结果
在实际的工作中，为防止干扰可采用硬件和软件的抗干扰措施，其中，硬件抗干扰是基本和重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制和消除干扰源，在系统设计时，应采取相应的可靠性措施，以消除或抑制减少干扰的影响，保证系统的正常运行，提高系统的可靠性。
1. 对电源的干扰处理措施
电源的干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的，各种大功率用电设备是主要的干扰源。在干扰较强或对可靠性要求很高的场合，可以在plc的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器（图1），隔离变压器可以抑制从电源线窜入的外来干扰，提高抗高频共模干扰能力。屏蔽层应可靠接地。
低通滤波器可以吸收掉电源中的大部分“毛刺”，图中的L1和L2用来抑制高频差模电压，L3和L4使用等长的导线反向绕在同一磁环上的，50Hz的工频电流在磁环中产生的磁通互相抵消，磁环不会饱和。两根线中的共模干扰电流在磁环中产生的磁通是叠加的，共模干扰被L3和L4阻挡。图中的C1和C2用来滤除共模干扰电压，C3用来滤除差模干扰电压。R是压敏电阻，其击穿电压略高于电源正常工作时的高电压，平常相当于开路。遇尖峰干扰脉冲时它被击穿，干扰电压被压敏电阻钳位，这时压敏电阻的端电压等于其击穿电压，尖峰脉冲消失后压敏电阻可恢复正常状态。
高频干扰信号不是通过变压器绕组的耦合，而是通过初级、次级绕组间的分布电容传递的。在初级、次级绕组之间加绕屏蔽层，并将它和铁心一起接地，可以减少绕组间的分布电容，可以提高抗高频干扰的能力。也可以选用电源滤波器产品，由于具有良好的共模滤波、差模滤波性能和高频干扰抑制性能，能有效抑制线与线之间和线与地之间的干扰。
动力部分、控制部分、PLC、I/O电源应分别配线，隔离变压器与PLC和与I/O电源之间应采用双绞线连接。系统的动力线应足够粗，以降低大容量异步电动机启动时的线路压降。有可能可对PLC采用单独的供电回路，以避免大容量设备的启停对PLC的干扰。
2.对于感性负载的处理措施
感性负载具有储能作用，当控制触点断开时，电路中的感性负载会产生高于电源电压数倍甚至数十倍的反电势，触电闭合时，会因触点的抖动而产生电弧，它们都会对系统产生干扰。对此可采用以下措施：PLC的输入端或输出端接有感性元件时，对于直流电路（图2），应在它们两端并联续流二极管；对于交流电路，应并联阻容电路，以抑制电路断开时产生的电弧对PLC的影响。电阻可以取51~120Ω，电容可以取0.1~0.47μF，电容的额定电压应大于电源峰值电压。续流二极管可以选1A的管子，其额定电压应大于电源电压的2~3倍。
3.对于安装和布线的措施
开关量信号一般对信号电缆没有严格的要求，可选用一般电缆，信号传输距离较远时，可选用屏蔽电缆。模拟信号和高速信号（如脉冲传感器、计数码盘等提供的信号）应选择屏蔽电缆。通信电缆对可靠性的要求高，有的通信电缆的信号频率很高，一般应选用专用电缆（如光纤电缆），在要求不高或信号频率较低时，也可以选用带屏蔽的多芯电缆或双绞线电缆。
当开关量I/O线不能与动力线分开布线时，可用继电器来隔离输入/输出线上的干扰。当信号线距离超过300m时，应采用中间继电器来转换信号，或使用PLC的远程I/O模块。I/O线与电源线应分开走线，并保持一定的距离。如不得已要在同一线槽中布线，应使用屏蔽电缆。交流线与直流线应分别使用不同的电缆；开关量、模拟量I/O线应分开敷设，后者应采用屏蔽线。如果模拟量输入/输出信号距离PLC较远，应采用4~20mA或0~10mA的电流传输方式，而不是易受干扰的电压传输方式。不同的信号线好不用同一个插接件转接，如必须用同一个插接件，要用备用端子或地线端子将他们分隔开，以减少相互干扰。
4.强烈干扰环境的隔离措施
PLC内部用光耦离合器、输出模块中的小型继电器和光电晶闸管等器件来实现对外部开关量信号的隔离，PLC的模拟量I/O模块一般也用光耦离合器来实现隔离。这些器件除了能减少或消除外部干扰对系统的影响外，还可以保护CPU模块，使之免收外部窜入PLC的高电压的危害，一般没有必要在PLC外部在设置干扰隔离器件。为了提高抗干扰能力和防雷击，PLC和计算机之间的串行通信线路可以考虑使用光纤或采用带光耦离合器的通信接口。
5.接地的可靠性措施
接地是提高电子设备电磁兼容性的有效手段之一。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响控制系统内逻辑电路和模拟电路的正常工作。
完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，要避免多点接地；多个测量点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理。
接地时应注意：接地线应尽量粗，一般用大于2mm2的铜芯线接地；接地点应尽量靠近PLC控制器，接地线应尽量避开强电回路和主回路的电线，不能避开时，应垂直相交尽量缩短平行走线的长度。
6.输出的可靠性措施
在负载要求的输出功率超过PLC的允许值时，应设置外部继电器。PLC输出模块内的小型继电器的触点小，断弧能力差，一般不能直接用于直流220V电路中，必须用PLC驱动外部的继电器，用外部继电器的触点驱动直流220V的负载，提高可靠性。
对于PLC控制系统的干扰是一个十分复杂的问题，不仅涉及到具体的输入输出设备和工业现场的环境，温度、湿度、震动、冲击等对PLC都会产生很大的影响，在应用中，找出问题所在，知道现场干扰的源头，综合考虑各方面的因素，才能合理、有效的抑制干扰，使PLC控制系统正常工作
plc除了用于开关量控制、定时、计数的基本指令外，还有大量的应用指令，有的plc的应用指令多达数百条。 对于应用指令，初学者非常困惑，不知道哪些指令重要、哪些指令常用，应该怎样学习它们。这些指令可以分为下面几种类型： 1．属于几乎所有计算机语言都有的指令，例如数据的传送、比较、移位、循环、数学运算、字逻辑运算、数据类型转换等指令。 这类指令非常重要，它们与计算机的基础知识（例如数制、数据类型、寻址方式等）有关，应通过例子和实验了解这些指令的基本功能。学好一种型号的plc的这类指令，再学别的plc的同类指令就很容易了。 2．与顺序控制程序有关的指令。这类指令中，fx的stl指令设计得好，用stl指令设计的梯形图与顺序功能图之间有明确的对应关系，易于理解和使用，设计的程序比其他方法设计的短，可以节约大量的设计时间。 s7-200的scr（顺序控制继电器）指令和欧姆龙的步指令（step/snxt）也用于编写顺序控制程序。 建议在学习这类指令之前，学习顺序功能图（见作者编写的plc教材）。 3．与plc的应用有关的指令，例如与pid控制、运动控制、高速输入/高速输出、通信有关的指令，这些指令也很重要。某些指令需要学习有关的专门知识，才能正确的理解和使用它们。 4．与plc特定的硬件、软件有关的指令，例如读写特殊模块和模拟电位器的指令，s7-300/400读取数据块长度和编号的指令等。 5．与某些特定的工程应用有关的指令。例如fx的凸轮顺控指令和旋转工作台控制指令。 学习应用指令时，可以按指令的分类浏览所学的plc有哪些应用指令，它们用来干什么，便于在需要的时候能找到手册或帮助中的指令说明。初学时没有必要花大量的时间去了解应用指令的详细使用方法，更没有必要去死记硬背它们。重点是了解指令的基本功能。 可以采用需要什么学什么的方法，重点学习读程序、编程序时遇到的和需要使用的指令，没有用到的指令暂时不管它。在阅读或编写程序时如果遇到不常用的指令，可以通过编程手册了解它们的详细使用方法。 如果编程软件有指令的在线帮助，选中指令列表或程序中的某条指令，按一下f1键，就可以看到该指令的大量细节，例如指令各参数的数据类型、可用的存储区、参数的意义，指令的功能和应用实例、指令的执行对状态字或有关标志位的影响等。 与学外语不能只靠背单词，应主要通过阅读和会话来学习一样，要学好plc的应用指令，也离不开实践。一定要在读程序和编程序的过程中学习应用指令。 有的指令实际上极少使用，它们属于“休眠”的指令，学习的时候可以不管它们。万一在读程序时遇到它们，可以通过指令的在线帮助或查手册来了解它们。 |