6ES7253-1AA22-0XA0产品规格

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汽车制造是现代工业文明的集大成者。对于自动化而言，也意义深远。工厂自动化体系的基础和代表——PLC就源于汽车行业发展的需求(1968年，通用汽车公司为适应汽车型号的不断翻新，试图寻找一种新型的工业控制器，以替代继电器——PLC应运而生)。

　　时至，汽车工业的发展和自动化技术的进步，已经使汽车制造的自动化系统发展为颇为复杂的体系。不仅PLC、HMI、变频器、伺服、机器人、MES等都有大量应用——涉及下层的现场直至向上与ERP的连接。

　　中国经济民生的发展使得汽车行业进入了高速成长的阶段。虽然经济危机导致厂商战略的短暂迟疑，但快速的回暖和政策刺激，使得中国汽车产业又进入了新一轮的黄金季节。

　　无论是对工业(制造业)、自动化，还是在整个经济构成中的贡献，汽车产业均是举足轻重的代表。本文尝试分析行业的基本背景、项目模式和参与者、市场的规模和成长，从而为业者提供一些参考。

　　汽车行业的背景数据

　　得益于税收政策的优惠，2009年汽车市场火爆。这无疑排解了经济危机给汽车厂商带来的投资犹疑。另一方面，由于中国汽车市场成长的长期看好，汽车厂商在中国多有长期的投资计划。因此，对于汽车的自动化市场而言，2009年不跌反升，并且恢复速度远高于其他行业，如表1所示。

汽车行业的项目模式和参与者

　　汽车行业项目巨大，实施过程需要多方面的参与。对于自动化厂商而言，设计院和系统集成商尤为重要。在销售过程的组织中，务必在用户(汽车企业)、设计院和系统集成商，三方关系协调，才能更好的达成订单，如图1所示。

　　汽车行业的PLC市场规模、份额和增长率

汽车行业所涉及的工艺和子车间多样。其中对PLC需求较多的主要在冲压车间、车身车间、喷涂车间和总装车间。以下是常见的车间配置情况，如图2所示。

　　由于I/O点数较多，控制复杂，常见的PLC为中型和大型PLC，小型PLC也有应用，一般在加工设备中自带，如表4所示。

　　对于PLC的选择，是设计院、系统集成商、用户、PLC供应商多方角力的结果。但一般而言，主要设备的选择，较为遵从汽车厂商的国家来源。一般德国系会采用西门子，美国会偏向罗克韦尔自动化和GE，法国用施耐德电气，而日系则沿用三菱或欧姆龙。这使得PLC市场的格局和汽车本身的市场格局有一定相似性。但是这种情况正在发生改变。一则本土汽车制造商的崛起，他们的选择给了PLC企业更大的竞争空间。此外，随着国外厂商的进一步本土化，在中国的选择，越来越由中国工厂自行决定。虽然有全球合作协议，但是因为在本地服务跟不上，而丢掉大客户的PLC厂商屡见不鲜。未来，汽车行业的PLC竞争，会更加激烈和市场化，如表5所示。

如汽车背景数据所述，车市的长期看好和2009年的意外增长使得汽车PLC的短期和长期增长预期都在一个利好的环境中。由于投资周期较长，汽车行业的增长仍然是一个较为偏向长期的预测，即在未来3~5年内，将会保持快速而平稳的增长，如表6所示。

1 引言

　　可编程序控制器(ProgrammableLogic Controller，PLC)，以其功能强大、通用灵活、可靠性高、环境适应性好、编程简单等一系列特点，获得工程技术人员的认可。但由于PLC的应用场合越来越广，应用环境越来越复杂，所受的干扰也就越来越多。如来自电源波形的畸变、现场设备产生的电磁干扰、接地电阻的耦·合、输入元件的抖动等各种形式的干扰，都可能使系统不能正常工作。因此，研究PLC控制系统干扰信号的来源、成因及其抑制措施，对于tigaoPLC控制系统的抗干扰能力及可靠性具有重要的意义。

　　2干扰源分类及PLC控制系统干扰的来源

　　2.1干扰源及一般分类

　　与一般影响工业控制设备的干扰源一样，影响PLC控制系统的干扰源大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。

　　干扰按照产生的原因、噪声干扰模式和噪声波形性质的不同来分类，如图1所示。

　　2.2 PLC控制系统中干扰的主要来源

　　(1)来自空间的辐射干扰空间的辐射电磁场(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于所射频场内，就会收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰;二是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。

　　(2)来自电源的干扰PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，尤其是电网内部的变化，输入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。对于隔离性能不理想的PLC电源而言，极易受到这种干扰的影响。

　　(3)来自信号线引入的干扰与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这一点往往被忽视;二是信号线受电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。

　　(4)来自接地系统混乱的干扰接地是tigao电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰;错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统无法正常工作。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，不同接地点问存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。

　　3 PLC控制系统的抗干扰措施

　　采取硬件技术与软件技术相结合的方式，实现系统稳定、高效运行，具体实施如下。

　　3.1硬件抗干扰技术

　　3.1.1电源部分防干扰

　　(1)电源变压器的选用，电源变压器是电源部分常用的元件之一，电网中的干扰信号容易由此进入系统。为抑制电网中的干扰，一般选用隔离变压器，并使其容量比实际需要大1.2—1.5倍。且使用中应注意两点：①屏蔽层要良好接地。②二次连接线要使用双绞线，以减少电源线问干扰。

　　(2)采用滤波器为了更好地抑制电网干扰，通常还可以在隔离变压器前加入滤波器，如图2示，此时隔离变压器的一次和二次连接线都要用双绞线。

　　(3)分离供电系统在系统要求高、环境较恶劣时，可将控制器I/0通道和其他设备的供电分离开来，以利于抗电网干扰。

　　3.1.2控制系统接地抗干扰设计

　　系统接地的好坏将直接关系到系统能否正常工作，良好的接地可有效地防止干扰误动作。接地的好方法如图3a所示，将控制器和其他设备分别接地，要求不高时，也可用图3b所示的共用接地，而不允许图3c所示的共通接地方式，特别是应避免与电机、变压器等动力设备共通接地。接地还应注意以下几点：①接地电阻小于100<2。②接地线要粗，一般应大于2ram2。③接地点尽量靠近控制器，其间的距离不大于50m。④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，且尽量缩短平行走线长度。

　　3.1.3 电缆敷设的抗干扰设计

　　主要是减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆。不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敷设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠近平行敷设，以减少电磁干扰。

　　在PLC柜进行柜内电缆敷设时要求做到以下几点：①模拟量输出线与数字量信号线可装在相同的非屏蔽电缆槽内。②只有屏蔽的模拟量输入信号线，才能与数字量信号线装在同一电缆槽内。③直流电压数字量信号线和模拟量信号线不能与交流电压线装在同一电缆槽内。④信号线不能与电源线装在同一电缆槽。⑤只有屏蔽的220V电源线，才能与信号线装在同一电缆槽内。⑥PLC柜进出口的屏蔽一定要接地。

　3.1.4设备选型

　　在选择设备时，首先要选择有较高抗干扰能力的产品，其包括了电磁兼容性(EMC)，尤其是抗外部干扰能力，如：采用浮地技术、隔离性能好的PLC系统;其次还应了解生产厂家给出的抗干扰指标，如共模抑制比、差模抑制比、耐压能力、允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作;另外是考查在类似工作中的实际应用。由于我国电网内阻大，零点电位漂移大，地电位变化大，工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上，对系统抗干扰性能要求更高。在国外能正常工作的PLC产品，在国内工业就不一定能可靠运行，这就要在引进国外产品时，按我国的标准(GB/T13926)合理选择。

　　3.1.5抑制输入、输出电路引入的干扰

　　为了抑制输入、输出信号传输线引入的干扰，PLC的输入、输出线应单独敷设在封闭的电缆槽架内(线槽外壳良好接地)。不同种类信号的输入、输出线，不能放在同一根多芯屏蔽电缆内(引线部分更不许捆扎在一起)，而且在槽架内应隔开一定距离安放，屏蔽层应当接地。在PLC的输入线较长(大约30m以上)的情况下，如果使用交流输入模块，由于感应电动势的干扰，即使没有输入信号也可能会引起误动作。因此，必要时需在输出端子两端并联电阻。另外，当PLC的输入输出端接有感性元件时，还应在感性元件的两端并联续流二极管，以抑制控制电路开断时产生的电弧对PLC的影响。续流二极管的额定电流应大于电源电压的2～5倍。对输入/输出电路的处理如图4所示。

　　3.2软件抗干扰技术

　　(1)延时确认对于开关量输入，可采用软件延时20ms对同信号作两次或两次以上读入，结果一致才可确认输入有效。

　　(2)封锁干扰某些干扰是可以预知的，例如可编程序控制器的输出命令驱动大功率器件动作，常常会伴随产生火花、电弧等干扰信号，它们产生的干扰信号可能使可编程序控制器接收错误的信息。在容易产生这些干扰的时间内，可用软件封锁可编程序控制器的某些输入信号，适当延时，在干扰消除后，再取消封锁。

　　(3)软件滤波对于模拟信号可以采取软件滤波措施，目前的大型PLC编程大都持SFC、结构化文本编程方式，这可以很方便地编制比较复杂的程序，完成相应的滤波功能。

　　(4)数字滤波[4] 现场的模拟量信号经A/D转换后变为数字量信号，存入PLC中，再利用数字滤波程序对其进行处理，滤去噪声信号从而获得所需的有用信号。工程上的数字滤波方法很多，常用的有：平均值滤波法、中间值滤波法、加权滤波、滑动滤波法等。数字滤波的每一种方法可以单独使用，也可根据实际情况结合使用。

　　(5)软件容错就是在于扰不能避免的情况下，万一其对控制系统造成大的干扰而使系统出现异常时，控制系统能对其及时地进行反应并根据出错时的状态决定系统下一步补救措施。主要有以下容错技术：程序重复执行技术、对死循环作处理、软件延时。

　　4 结束语

　　PLC控制系统广泛应用，而PLC干扰问题又是一个普遍存在的问题，因此抗干扰技术显得尤为重要，应综合多方面的因素找出可能存在的干扰源，然后有针对的设计抗干扰措施，软硬件结合真正实现PLC控制系统的抗干扰，使其高效、可靠的工作。许多抗干扰措施，在系统总体设计时要一并考虑进去b]，不应等调试时再临时采取措施。

 Devicenet简介: DeviceNet是由美国Rockwell公司在CAN基础上推出的一种低成本的通信链接，是一种低端网络系统。它将基本工业设备连接到网络，从而避免了昂贵和繁琐的硬接线。DeviceNet是一种简单的网络解决方案，在提供多供货商同类部件间的可互换性的同量，减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。DeviceNet的直接互连性不仅改善了设备间的通信，而且同时提供了相当重要的设备级诊断功能。

    现场总线系统的结构和技术特点

    1. 现场总线的历史和发展

    现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的。随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的急剧下降，计算机与计算机网络系统得到迅速发展，而处于生产过程底层的测控自动化系统，采用一对一联机，用电压、电流的模拟信号进行测量控制，或采用自封闭式的集散系统，难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使自动化系统成为“信息孤岛”。要实现整个企业的信息集成，要实施综合自动化，就必须设计出一种能在工业现场环境运行的、性能可靠、造价低廉的通讯系统，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通讯，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。现场总线就是在这种实际需求的驱动下应运产生的。它作为过程自动化、制造自动化、楼宇、交通等领域现场智能设备之间的互连通信网络，沟通了生产过程现场控制设备之间及其与更高控制管理层网络之间的联系，为彻底打破自动化系统的信息孤岛创造了条件。

    由于标准实质上并未统一，所以对现场总线的定义也是各有各的定义。下面给出的是现场总线的两种有代表性的定义。

    (l) ISA SP50中对现场总线的定义。现场总线是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了过程控制领域的基本控制设备(即场地级设备)之间以及与更高层次自动控制领域的自动化控制设备(即车间级设备)之间的联系。

    这里的现场设备指底层的控制监测、执行和计算设备，包括传感器、控制器、智能阀门、微处理器和内存等各种类型的仪表产品。

    (2)根据国际电工委员会 IEC标准和现场总线基金会 FF的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通讯网路。现场总线的本质含义表现在以下6个方面：

    a)现场通讯网路：用于过程以及制造自动化的现场设备或现场仪表互连的通讯网路。

    b)现场设备互连：现场设备或现场仪表是指传感器、变送器和执行器等，这些设备通过一对传输线互连，传输线可以使用双绞线、同轴电缆、光纤和电源线等，并可根据需要因地制宜地选择不同类型的传输介质。

    c)互操作性：现场设备或现场仪表种类繁多，没有任何一家制造商可以提供一个工厂所需的全部现场设备，所以，互相连接不同制造商的产品是不可避免的。用户不希望为选用不同的产品而在硬件或软件上花很大气力，而希望选用各制造商性能价格比优的产品，并将其集成在一起，实现“即接即用；用户希望对不同品牌的现场设备统一组态，构成他所需要的控制回路。这些就是现场总线设备互操作性的含义。现场设备互连是基本的要求，只有实现互操作性，用户才能自由地集成 FCS。

    d)分散功能块： FCS废弃了DCS的输入／输出单元和控制站,把DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站。例如，liuliang变送器不仅具有liuliang信号变换、补偿和累加输入模块，而且有PID控制和运算功能块。调节阀的基本功能是信号驱动和执行，还内含输出特性补偿模块，也可以有PlD控制和运算模块，甚至有阀门特性自检验和自诊断功能。由于功能块分散在多台现场仪表中，并可统一组态，供用户灵活选用各种功能块，构成所需的控制系统，实现彻底的分散控制。

    e)通讯线供电：通讯线供电方式允许现场仪表直接从通讯线上摄取能量，对于要求本征安全的低功耗现场仪表，可采用这种供电方式。众所周知，化工、炼油等企业的生产现场有可燃性物质，所有现场设备都必须严格遵循安全防爆标准。现场总线设备也不例外。

    f)开放式互连网络：现场总线为开放式互连网络，它既可与同层网络互连，也可与不同层网络互连，还可以实现网络数据库的共享。不同制造商的网络互连十分简便，用户不必在硬件或软件上花太多气力。通过网络对现场设备和功能块统一组态，把不同厂商的网络及设备融为一体，构成统一的FCS。

    2. 现场总线的结构特点 : 现场总线的网络结构现场总线网络结构是按照化组织（ ISO）制定的开放系统互连（OSI：Open System Interconnection）参考模型建立的。OSI参考模型共分七层，即物理层、数据链路层、网络层、传送层、会话层、表示层和应用层，该标准规定了每一层的功能以及对上一层所提供的服务。从OSI模式的角度来看，现场总线将上述七层简化成三层，分别由OSI参考模式的层物理层，第二层数据链路层，第七层应用层组成。如图1-2所示。

图 1-2 现场总线的结构

    现场总线主要特点是使底层的控制部件、设备更加智能化，把在传统DCS中的控制功能，下移到现场仪表。在此，现场总线的网络通讯起了重要作用。现场总线结构模型现统一为4层，即物理层、数据链路层、应用层和用户层。省略了一般网络结构的3~6（表达层、会话层、传递层和网络层）.

    现场总线系统打破了传统控制系统的结构形式。传统模拟控制系统采用一对一的设备联机，按控制回路分别进行连接。位于现场的测量变送器与位于控制室的控制器之间，控制器与位于现场的执行器、开关、马达之间均为一对一的物理连接。

    现场总线系统由于采用了智能现场设备，能够把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块置入现场设备，加上现场设备具有通讯能力，现场的测量变送仪表可以与阀门等执行机构直接传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。Devicenet正是目前几十种现场总线中得到广泛应用的一种。

    由于采用数字信号替代模拟信号，因而可实现一对电线上传输多个信号(包括多个运行参数值、多个设备状态、故障信息)，同时又为多个设备提供电源；现场设备以外不再需要模拟／数字、数字／模拟转换部件。这样就为简化系统结构、节约硬设备、节约连接电缆与各种安装、维护费用创造了条件