阳泉西门子电缆6XV1840-2AH10

 

4.消除线间电容避免误动作

 

电缆的各导线间都存在电容，合格的电缆能把此容值限制在一定范围之内。即使是合格的电缆，当电缆长度超过一定长度时，各线间的电容容值也会超过所要求的值，当把此电缆用于PLC输入时，线间电容就有可能引起PLC的误动作，会出现许多无法理解的现象。这些现象主要表现为：明接线正确，但PLC却没有输入；PLC应该有的输入没有，而不应该有的却有，即PLC输入互相干扰。为解决这一问题，应做到：

（1）使用电缆芯绞合在一起的电缆；

（2）尽量缩短使用电缆的长度；

（3）把互相干扰的输入分开使用电缆；

（4）使用屏蔽电缆。

5.抗干扰处理

工业现场的环境比较恶劣，存在着许多高低频干扰。这些干扰一般是通过与现场设备相连的电缆引入PLC的。除了接地措施外，在电缆的设计选择和敷设施工中，宜注意采取一些抗干扰措施：

（1）模拟量信号属于小信号，极易受到外界干扰的影响，应选用双层屏蔽电缆；（2）高速脉冲信号（如脉冲传感器、计数码盘等）应选用屏蔽电缆，既防止外来的干扰，也防止高速脉冲信号对低电平信号的干扰；（3）PLC之间的通信电缆频率较高，一般应选用厂家提供的电缆，在要求不高的情况下，可以选用带屏蔽的双绞线电缆；（4）模拟信号线、直流信号线不能与交流信号线在同一线槽内走线；（5）控制柜内引入引出的屏蔽电缆必须接地，应不经过接线端子直接与设备相连；（6）交流信号、直流信号和模拟信号不能共用一根电缆，动力电缆应与信号电缆分开敷设。（7）在现场维护时，解决干扰的方法有：对受干扰的线路采用屏蔽线缆，重新敷设；在程序中加入抗干扰滤波代码。

 

6.标记输入输出，方便检修

PLC控制着一个复杂系统，所能看到的是上下两排错开的输入输出继电器接线端子、对应的指示灯及PLC编号，就像一块有数十只脚的集成电路。任何一个人如果不看原理图来检修故障设备，会束手无策，查找故障的速度会特别慢。鉴于这种情况，我们宜根据电气原理图绘制一张表格，贴在设备的控制台或控制柜上，标明每个PLC输入输出端子编号与之相对应的电器符号，中文名称，即类似集成电路各管脚的功能说明。

 

有了这张输入输出表格，对于了解操作过程或熟悉本设备梯形图的电工就可以展开检修了。但对于那些对操作过程不熟悉，不会看梯形图的电工来说，就需要再绘制一张表格：PLC输入输出逻辑功能表。该表实际说明了大部分操作过程中输入回路（触发元件、关联元件）和输出回路（执行元件）的逻辑对应关系。实践证明如果你能熟练利用输入输出对应表及输入输出逻辑功能表，检修电气故障，不带图纸，也能轻松自如。

 

7.通过程序逻辑推断故障

 

现在工业上经常使用的PLC种类繁多，对于低端的PLC而言，梯形图指令大同小异，对于中**机，如S7-300，许多程序是用语言表编的。实用的梯形图必须有中文符号注解，否则阅读很困难，看梯形图前如能大概了解设备工艺或操作过程，看起来比较容易。

 

若进行电气故障分析，一般是应用反查法或称反推法，即根据输入输出对应表，从故障点找到对应PLC的输出继电器，开始反查满足其动作的逻辑关系。经验表明，查到一处问题，故障基本可以排除，因为设备同时发生两起及两起以上的故障点是不多的。

8.充分合理利用软、硬件资源

（1）不参与控制循环或在循环前已经投入的指令可不接入PLC；（2）多重指令控制一个任务时，宜先在PLC外部将它们并联后再接入一个输入点；（3）尽量利用PLC内部功能软元件，充分调用中间状态，使程序具有完整连贯性，易于开发。同时也减少硬件投入，降低了成本；（4）条件允许的情况下宜独立每一路输出，便于控制和检查，也保护其它输出回路；当一个输出点出现故障时只会导致相应输出回路失控；（5）输出若为正/反向控制的负载，不仅要从PLC内部程序上联锁，并且要在PLC外部采取措施，防止负载在两方向动作；（6）PLC紧急停止宜使用外部开关切断，以确保安全。

 

9.其他注意事项

（1）不要将交流电源线接到输入端子上，以免烧坏PLC；（2）接地端子应独立接地，不与其它设备接地端串联，接地线截面积不小于2mm²；（3）辅助电源功率较小，只能带动小功率的设备（光电传感器等）；（4）一些PLC有一定数量的占有点数（即空地址接线端子），不要将线接上；（5）当PLC输出电路中没有保护时，宜在外部电路中串联使用熔断器等保护装置，防止负载短路造成损坏。

mos管驱动电路设计

在使用mos管驱动电路设计开关电源或者马达驱动电路的时候，大部分人都会考虑mos的导通电阻，大电压等，大电流等，也有很多人仅仅考虑这些因素。这样的电路也许是可以工作的，但并不是的，作为正式的产品设计也是不允许的。

1、mos管种类和结构

mos管是FET的一种(另一种是JFET)，可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道mos管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是这两种。右图是这两种MOS管的符号。

至于为什么不使用耗尽型的MOS管，不建议刨根问底。对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。原因是导通电阻小且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。下面的介绍中，也多以NMOS为主。

在MOS管原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生二极管。这个叫体二极管，在驱动感性负载(如马达)，这个二极管很重要。在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。下图是MOS管的构造图，通常的原理图中都画成右图所示的样子。

MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，如右图所示。这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免，在MOS管的驱动电路设计时再详细介绍。

2、MOS管导通特性

导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。

NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况(低端驱动)，只要栅极电压达到4V或10V就可以了。

PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，使用与源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。

右图是瑞萨2SK3418的Vgs电压和Vds电压的关系图。可以看出小电流时，Vgs达到4V，DS间压降已经很小，可以认为导通。 

3、MOS开关管损失

不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，因而在DS间流过电流的同时，两端还会有电压(如2SK3418特性图所示)，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右，几毫欧的也有。

mos在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越快，损失也越大。

下图是MOS管导通时的波形。可以看出，导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。降低开关时间，可以减小每次导通时的损失;降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。 

4、MOS管驱动

跟双极性晶体管相比，一般认为使MOS管导通不需要电流，只要GS电压高于一定的值，就可以了。这个很容易做到，但是，我们还需要速度。

在MOS管的结构中可以看到，在GS，GD之间存在寄生电容，而MOS管的驱动，实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流，因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。

第二注意的是，普遍用于高端驱动的NMOS，导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同，所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同一个系统里，要得到比VCC大的电压，就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵，要注意的是应该选择合适的外接电容，以得到足够的短路电流去驱动MOS管。

上边说的4V或10V是常用的MOS管的导通电压，设计时当然需要有一定的余量。而且电压越高，导通速度越快，导通电阻也越小。现在也有导通电压更小的MOS管用在不同的领域里，但在12V汽车电子系统里，一般4V导通就够用了。MOS管的驱动电路及其损失，可以参考Microchip公司AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs。讲述得很详细，所以不打算多写了。

5、MOS管应用电路

MOS管显着的特性是开关特性好，所以被广泛应用在需要电子开关的电路中，常见的如开关电源和马达驱动，也有照明调光。这三种应用在各个领域都有详细的介绍，这里就不多写了。

5种常用开关电源mos管驱动电路设计解析

在使用MOSFET设计开关电源时，大部分人都会考虑MOSFET的导通电阻、大电压、大电流。但很多时候也仅仅考虑了这些因素，这样的电路也许可以正常工作，但并不是一个好的设计方案。更细致的，MOSFET还应考虑本身寄生的参数。对一个确定的MOSFET，其驱动电路，驱动脚输出的峰值电流，上升速率等，都会影响MOSFET的开关性能。当电源IC与MOS管选定之后， 选择合适的驱动电路来连接电源IC与MOS管就显得尤其重要了。一个好的mos管驱动电路有以下几点要求：

(1)开关管开通瞬时，驱动电路应能提供足够大的充电电流使MOSFET栅源极间电压迅速上升到所需值，保证开关管能快速开通且不存在上升沿的高频振荡。

(2)开关导通期间驱动电路能保证MOSFET栅源极间电压保持稳定且可靠导通。

(3)关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压的快速泄放，保证开关管能快速关断。

(4)驱动电路结构简单可靠、损耗小。

(5)根据情况施加隔离。

下面介绍几个模块电源中常用的mos管驱动电路。

1：当源极输出为高电压时的驱动

当源极输出为高电压的情况时，我们需要采用偏置电路达到电路工作的目的，既我们以源极为参考点，搭建偏置电路，驱动电压在两个电压之间波动，驱动电压偏差由低电压提供。

图1 源极输出为高电压时的驱动电路

2：电源IC直接驱动mos

图2 IC直接驱动MOSFET

电源IC直接驱动是我们常用的驱动方式，同时也是简单的驱动方式，使用这种驱动方式，应该注意几个参数以及这些参数的影响。，查看一下电源IC手册，其大驱动峰值电流，因为不同芯片，驱动能力很多时候是不一样的。第二，了解一下MOSFET的寄生电容，如图2中C1、C2的值。如果C1、C2的值比较大，MOS管导通的需要的能量就比较大，如果电源IC没有比较大的驱动峰值电流，那么管子导通的速度就比较慢。如果驱动能力不足，上升沿可能出现高频振荡，即使把图2中Rg减小，也不能解决问题! IC驱动能力、MOS寄生电容大小、MOS管开关速度等因素，都影响驱动电阻阻值的选择，所以Rg并不能无限减小。

3：电源IC驱动能力不足时

如果选择MOS管寄生电容比较大，电源IC内部的驱动能力又不足时，需要在驱动电路上增强驱动能力，常使用图腾柱电路增加电源IC驱动能力，

图3 腾柱驱动MOS

这种驱动电路作用在于，提升电流提供能力，迅速完成对于栅极输入电容电荷的充电过程。这种拓扑增加了导通所需要的时间，但是减少了关断时间，开关管能快速开通且避免上升沿的高频振荡。

4：驱动电路加速MOS管关断时间

图4 加速MOS关断

关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压快速泄放，保证开关管能快速关断。为使栅源极间电容电压的快速泄放，常在驱动电阻上并联一个电阻和一个二极管，如图4所示，其中D1常用的是快恢复二极管。这使关断时间减小，同时减小关断时的损耗。Rg2是防止关断的时电流过大，把电源IC给烧掉。

 图4-1 改进型加速MOS关断

在第二点介绍的图腾柱电路也有加快关断作用。当电源IC的驱动能力足够时，对图 2中电路改进可以加速MOS管关断时间，得到如图 4所示电路。用三极管来泄放栅源极间电容电压是比较常见的。如果Q1的发射极没有电阻，当PNP三极管导通时，栅源极间电容短接，达到短时间内把电荷放完，大限度减小关断时的交叉损耗。与图 3拓扑相比较，还有一个好处，就是栅源极间电容上的电荷泄放时电流不经过电源IC，提高了可靠性。

5：驱动电路加速MOS管关断时间

图5 隔离驱动

为了满足如图5所示高端MOS管的驱动，经常会采用变压器驱动，有时为了满足安全隔离也使用变压器驱动。其中R1目的是抑制PCB板上寄生的电感与C1形成LC振荡，C1的目的是隔开直流，通过交流，同时也能防止磁芯饱和。

除了以上驱动电路之外，还有很多其它形式的驱动电路。对于各种各样的驱动电路并没有一种驱动电路是好的，只有结合具体应用，选择合适的驱动。

1.常见故障多发点PART 

 

在整个PLC控制系统中，***容易发生故障的地点在现场，现场***容易在以下几个方面出故障。

 

***类故障点也是故障***多的地点)在继电器、接触器

 

如某生产线PLC控制系统的日常维护中，电气备件消耗量***大的为各类继电器或空气开关。除了产品本身质量原因之外，主要是由于现场环境比较恶劣。例如，暴露于生产环境中的接触器触点易打火或氧化，逐渐发热变形，直至不能使用。该生产线所有现场的控制箱都是选用密闭性较好的盘柜，其内部元器件较其他采用敞开式盘柜内元器件的使用寿命明显要长。所以避免此类故障应尽量选用高性能继电器，并改善元器件使用环境，就可以减少更换的频率，降低对系统运行的影响。

 

第二类故障多发点在阀门或闸板这一类的设备上

因为这类设备的执行机构相对位移较大；或者传动结构复杂，机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。在长期的运行状态下，如果缺乏运行维护，易造成阀体部件的卡，堵，漏等现象。因此在系统运行时要加强对此类设备的巡检，发现问题及时处理。我厂对此类设备建立了严格的点检制度，定期检查阀门是否变形，执行机构是否灵活可用，控制器是否有效等，很好地保证了整个控制系统的有效性。

 

第三类故障点可能发生在开关、极限位置、安全保护和现场操作上的一些元件或设备上

其原因可能是因为长期磨损，也可能是长期不用而锈蚀老化。如该生产线窑尾料球储库上的布料行走车来回移动频繁，而且现场粉尘较大，所以接近开关触点出现变形、氧化、粉尘堵塞等从而导致触点接触不好或机构动作不灵敏。对于这类设备故障的处理主要体现在定期维护，使设备时刻处于完好状态。对于限位开关尤其是重型设备上的限位开关除了定期检修外，还要在设计的过程中加入多重的保护措施。

 

第四类故障点可能发生在PLC系统中的子设备

这类设备如接线盒、线端子、螺栓螺母等处。这类故障产生的原因除了设备本身的制作工艺原因外还和安装工艺有关，如有人认为电线和螺钉连接是压的越紧越好，但在二次维修时很容易导致拆卸困难，大力拆卸时容易造成连接件及其附近部件的损害。长期的打火、锈蚀等也是造成故障的原因。根据工程经验，这类故障一般是很难发现和维修的。所以在设备的安装和维修中一定要按照安装要求的安装工艺进行，不留设备隐患。

 

第五类故障点是传感器和仪表

 

这类故障在控制系统中一般反映在信号的不正常，这类设备安装时信号线的屏蔽层应单端可靠接地，并尽量与动力电缆分开敷设，特别是高干扰的变频器输出电缆，而且要在PIC内部进行软件滤波。这类故障的发现及处理也和日常点巡检有关，发现问题应及时处理。

 

第六类故障主要是电源、地线和信号线的噪声（干扰）

 

问题的解决或改善主要在于工程设计时的经验和日常维护中的观察分析。

 

要减小故障率，很重要的一点是要重视工厂工艺和安全操作规程，在日常的工作中要遵守工艺和安全操作规程，严格执行—些相关的规定，如保持集中控制室的环境等等，同时在生产中也应加强这些方面的管理。

 

过程控制系统本身是一个完整的系统，所以在分析故障或处理故障时也要注意系统性，单独的对某一部分的优化有时并不能提高系统的整体性能。如过分追求元器件的精度而不考虑实际的需要以及和相关设备精度的匹配，将徒然增加系统成本。在日常维护中也有过把系统越改越复杂的现象，如采用复杂的控制方式和设备来实现本可以用简单装置来实现的控制，违背了经济、简单、实用的原则，并可能会增加故障率，这也是要注意的地方。

 

2.PLC故障问题解决方法

 

PLC产品本身的可靠性可以保证，但在应用中一些不正确的操作会造成一定的影响。

 

1.PLC自身故障判断

 

一般来说，PLC是**可靠的设备，出故障率很低。PLC的CPU等硬件损坏或软件运行出错的概率几乎为零；PLC输入点如不是强电入侵所致，几乎也不会损坏；PLC输出继电器的常开点，若不是外围负载短路或设计不合理，负载电流超出额定范围，触点的寿命也很长。

 

 

因此，我们查找电气故障点，重点要放在PLC的外围电气元件上，不要总是怀疑PLC硬件或程序有问题，这对快速维修好故障设备、快速恢复生产是十分重要的，因此笔者所谈的PLC控制回路的电气故障检修，重点不在PLC本身，而是PLC所控制回路中的外围电气元件。

 

2.输入输出（I/O)模块的选取

 

输出模块分为晶体管、双向可控硅、接点型。晶体管型的开关速度***快（一般0.2ms），但负载能力***小，约0.2~0.3A、24VDC，适用于快速开关、信号联系的设备，一般与变频、直流装置等信号连接，应注意晶体管漏电流对负载的影响。可控硅型优点是无触点、具有交流负载特性，负载能力不大。

 

继电器输出具有交直流负载特点，负载能力大。常规控制中一般宜首先选用继电器触点型输出，缺点是开关速度慢，一般在10ms左右，不适于高频开关应用。

 

3.接地问题

 

PLC系统接地要求比较严格，宜有独立的专用接地系统，还要注意与PLC有关的其他设备也要可靠接地。多个电路接地点连接在一起时，会产生意想不到的电流，导致逻辑错误或损坏电路。产生不同的接地电势的原因，通常是由于接地点在物理区域上被分隔的太远，当相距很远的设备被通信电缆或传感器连接在一起的时候，电缆线和地之间的电流就会流经整个电路，即使在很短的距离内，大型设备的负载电流也可以在其与地电势之间产生变化，或者通过电磁作用直接产生不可预知的电流。在不正确的接地点的电源之间，电路中有可能产生毁灭性的电流，以至于破坏设备。

 

PLC系统一般宜选用单点接地方式。为了提高抗共模干扰能力，对于模拟信号可以采用屏蔽浮地技术，即信号电缆的屏蔽层一点接地，信号回路浮空，与大地绝缘电阻应不小于50MΩ。