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西门子S7-200PLC的RS485通信口易损坏的原因分析和解决办法

一、 S7-200PLC内部RS485接口电路图：电路图见附件
图中R1、R2是阻值为10欧的普通电阻，其作用是防止RS485信号D+和D-短路时产生过电流烧坏芯片，Z1、Z2是钳制电压为6V，最大电流为10A的齐纳二极管，24V电源和5V电源共地未经隔离，当D+或D-线上有共模干扰电压灌入时，由桥式整流电路和Z1、Z2可将共模电压钳制在±6.7V，从而保护RS485芯片SN75176（RS485芯片的允许共模输入电压范围为：-7V～+12V）。该保护电路能承受共模干扰电压功率为60W，保护电路和芯片内部没有防静电措施。



二、常发生的故障现象分析：
当PLC的RS485口经非隔离的PC/PPI电缆与电脑连接、PLC与PLC之间连接或PLC与变频器、触摸屏等通信时时有通信口损坏现象发生，较常见的损坏情况如下：
●R1或R2被烧断，Z1、Z1和SN75176完好。这是由于有较大的瞬态干扰电流经R1或R2、桥式整流、Z1或Z1到地，Z1、Z2能承受最大10A电流的冲击，而该电流在R1或R2上产生的瞬态功率为：102×10=1000W，当然会将其烧断。
●SN75176损坏，R1、R2和Z1、Z2完好。这主要可能是受到静电冲击或瞬态过电压速度快于Z1、Z2的动作速度造成的，静电无处不在，仅人体模式也会产生±15kV的静电。
●Z1或Z2、SN75176损坏，R1和R2完好。这可能是受到高电压低电流的瞬态干扰电压将Z1或Z2和SN75176击穿，由于电流较小和发生时间较短因而R1、R2不至于发热烧断。
由以上分析得知PLC接口损坏的主要原因是由于瞬态过电压和静电造成，产生瞬态过电压和静电的原因很多也较复杂，如由于PLC内部24V电源和5V电源共地，24V电源的输出端子L+、M为其它设备混合供电可能导致地电位变化，从而造成共模电压超出允许范围。所以EIA-485标准要求将各个RS485接口的信号地用一条低阻值导线连接在一起以保证各节点的地电位相等，消除地线环流！
当带电插拔未隔离的连接电缆时，由于两端电位不相等电路中又存在诸多电感、电容之类的器件，插拔瞬间必然产生瞬态过电压或过电流。
连接在RS485总线上的其它设备产生的瞬态过电压或过电流同样会流入到PLC，总线上连接的设备站点数越多，产生瞬态过电压的因素也越多。
当通信线路较长或有室外架空线时，雷电必然会在线路上造成过电压，其能量往往是巨大的，常有用户沮丧地说：“联网的几十台PLC全部遭打坏了！”。
三、 解决办法：
1、从PLC内部考虑：
●采用隔离的DC/DC将24V电源和5V电源隔离，分析了三菱、欧姆龙、施耐德PLC以及西门子的PROFIBUS接口均是如此。
●选用带静电保护、过热保护、输入失效保护等保护措施完善的高挡次RS485芯片，如：SN65HVD1176D、MAX3468ESA等，这些芯片价格一般在十几元至几十元，而SN75176的价格仅为1.5元。
●采用响应速度更快、承受瞬态功率更大的新型保护器件TVS或BL浪涌吸收器，如P6KE6.8CA的钳制电压为6.8V，承受瞬态功率为500W，BL器件则可抗击4000A以上大电流冲击。
●R1和R2采用正温度系数的自恢复保险PTC，如JK60-010，正常情况下的电阻值为5欧，并不影响正常通信，当受到浪涌冲击时，大电流流过PTC和保护器件TVS（或BL），PTC的电阻值将骤然增大，使浪涌电流迅速减小。
2、从PLC外部考虑：
● 使用隔离的PC/PPI电缆，尽量不用廉价的非隔离电缆（特别是在工业现场）。西门子公司早期出产的PC/PPI电缆（6ES7 901-3BF00-0XA0）是不隔离的，现在也改成隔离的电缆了！
● PLC的RS485口联网时采用隔离的总线连接器.
● 与PLC联网的第三方设备，如变频器、触摸屏等的RS485口均使用RS485隔离器BH-485G进行隔离，这样各RS485节点之间就无“电”的联系，也无地线环流产生，即使某个节点损坏也不会连带其它节点损坏。
● RS485通信线采用PROFIBUS总线专用屏蔽电缆，保证屏蔽层接到每台设备的外壳并最后接大地。
● 对于有架空线的系统，总线上最好设置专门的防雷击设施。 

找到了解决S7-200通讯口损坏的办法了

在我们单位众多的S7-200PLC中，不时有通讯口损坏，致使不能连接PC或不能进行通讯，在对PLC解体时发现，在PLC通讯口出有一芯片－－75176，这就是通讯接口芯片，在芯片周围有5个FB，标识FB1~FB5，这其实就是5个保险，在通讯连不上时，一般就是这5个保险中的某个烧毁了，可用同等型号的保险代替，也可用导线直接短路。一般就能解决问题。不过更换时要注意，由于元件时贴片的，十分小，空间也小，所以焊接时注意不要短路。

打开STEP7时出现未发现有效的许可证密钥的解决办法

我在打开STEP 7时，出现的对话框提示“未发现有效的许可证密钥”。点击“确定”按钮，出现的对话框提示“STEP 7发现自动许可证管理器存在问题。正在关闭应用程序，请重新安装自动许可证管理器”。
    下面介绍一个解决的方法。打开计算机的控制面板，双击“管理工具”，再双击“服务”，打开“服务”对话框（见图1）。

图1

    双击“Automation License Manager Server”（自动化许可证管理器服务），打开它的属性对话框（见图2）。用“启动类型”选择框，将启动类型由“手动”改为“自动”。
    点击“启动”按钮，启动“Automation License Manager Server”，其状态变为“已启动”。最后点击“确定”按钮，图3是修改后的“服务”对话框。

图2

图3

    这样处理后就可以打开STEP 7了。一般情况下，下一次启动计算机也能自动启动自动化许可证管理器服务。但是我有一台计算机，每次开机后都需要作一次上述的操作，才能启动自动化许可证管理器服务。我怀疑是360卫士作怪，打开360卫士，点击“功能大全”，再点击“开机加速”，在“启动项”选项卡，看不到与自动化许可证管理器服务有关的启动项。
    将360卫士卸载，用上述方法将自动化许可证管理器服务设置为自动启动，计算机开机时可以自动启动自动化许可证管理器服务了。奇怪的安装上原版本的360卫士后，开机自动启动自动化许可证管理器服务也没有问题！

西门子PLC网络读写指令向导使用指南

PPI协议是专门为S7-200开发的通信协议。S7-200 CPU的通信口（Port 0、Port 1）均支持PPI通信协议。S7-200 CPU的PPI网络通信是建立在RS-485网络的硬件基础上，因此其连接属性和需要的网络硬件设备与其他RS-485网络一致。

1  网络读写（NETR/NETW）指令介绍

2  网络读写指令向导组态

2.1 硬件连接

2.2 NETR/NETW向导组态过程

2.2.1设定通信站地址

2.2.2 向导配置步骤

• 丰富的指令集:
  运算种类众多，便于编程：
  • 基本运算，如二进制逻辑运算、结果分配、保存、计数、创建时间、加载、传输、比较、移动、旋转、创建补数、调用子程序（带有局部变量）
  • 集成通讯命令（例如，USS 协议、Modbus RTU、S7 通讯“T-Send/T-Receive”（T 发送/T 接收）或自由端口模式 (Freeport)）
  • 使用简便的功能，如脉冲宽度调制、脉冲序列功能、运算功能、浮点运算功能、PID 闭环控制、跳转功能、环路功能和代码转换
  • 数学函数，例如 SIN、COS、TAN、LN、EXP
• 计数:
  用户友好的计数功能配以集成的计数器和高速计数器指令给用户开辟了新的应用领域
• 中断处理：
  • 边缘触发中断（通过中断输入上过程信号的上升沿或下降沿激活）支持对过程事件的快速响应。
  • 时间触发中断。
  • 可以在达到设定值或计数方向改变时触发计数器中断。
  • 通讯中断允许与外围设备（如打印机或条形码阅读器）快速、简单地交换信息
• 口令保护
• 测试和诊断功能：
  易于使用的功能支持测试和诊断，例如，在线/离线诊断
• 在测试和诊断过程中“强制”输入和输出：
  可以独立于循环设置输入和输出，因此，可以永久设置输入和输出，例如，用于测试用户程序
• 按照 PLCopen 对简单运动进行的运动控制
• 库功能

CPU 启动(暖启动)，冷启动和热启动的区别是什么？

通电后，西门子S7-400 CPU 或 CPU 318-2 开始执行用户程序之前，启动程序已开始工作。在启动程序中，用户可以对循环程序通过编程启动 OB 来进行相应地定义预设置。

如下有三种启动方式：

在操作模式“STARTUP”中：

• 程序在启动 OB 中运行( OB 100 为启动(暖启动)，OB101 为热启动，OB102 为冷启动) 。
• 不可用时间和报警控制程序运行。
• 时间保持更新。
• 运行时间表在运行。
• 信号模块上的数字输出被锁定，但可以通过直接存储来设置。

启动(暖启动)：

图 01

 在启动(暖启动)中， 程序处理以“基本设置”内系统数据和用户地址范围为程序启动点来重启。

• 过程映像区，非保持存储器，定时器和计数器都重新设置。保持的存储器，定时器，计数器各自都保留其最后的有效数值。所有以“未保留”的属性参数化的数据块被复位为初始值。其他数据块各自保留其最后的有效数值。
• 程序处理从头开始再次重新启动 (启动 OB 或 OB1) 。
• 如果供电中断，暖启动只可用于缓冲模式。如若运行的 CPU 没有后备电池，当开关接通或 POWER OFF 后重新上电时，CPU 将自动复位并重新启动(暖启动)。

如果系统不要求完全复位，那么启动(暖启动)一直是可行的。在如下情况发生后，只有启动(暖启动)可行：

• 完全复位。
• 在CPU 的 STOP 模式下载入用户程序。
• USTACK/BSTACK 溢出。
• 通过 POWER OFF 或模式开关使启动(热启动)被中断。
• 重新启动超出参数化中断的时间限制。

启动(暖启动)的操作命令：

用户可以触发手动启动(暖启动)：

• 通过模式选择开关
• (如果可以，CRST/WRST  开关必须设置为 CRST)
• 通过PG的命令菜单或通讯功能
• (模式选择开关需设置在 RUN 或 RUN-P 位置).

在 POWER ON 时，下面的状态会触发自动启动(暖启动)：

• POWER OFF 时 CPU 不在 STOP .  
• 模式选择开关设置到 RUN 或者 RUN-P.
• 没有将 POWER ON 的参数设置为自动热启动或自动冷启动。
• CPU 的启动(暖启动)没有因电源故障而引起中断(不依赖于启动的参数设置)

冷启动：

图 02

• 冷启动时，主存储器中 SFC 生成的数据块都被删除，其他数据块从装载存储器中获取默认值。
• 无论是否设置数据保持，过程映像区，定时器，计数器，指示器都将在程序(装载存储器)中重新设置到初始值。
• 输入的过程映像区被读入，STEP 7 用户程序开始重新启动 (OB102 或 OB1).

冷启动的操作命令：

• 只能从 PG 触发手动冷启动。
• 如果参数已相应地定义于 STEP 7 中，某些 S7-400 CPU 可通过模式选择开关和启动模式转换 (CRST/WRST) 来执行冷启动。

热启动：

图 03

在 RUN 状态下电源中断后再次供电，S7-400 CPU 通过初始化路径然后自动执行热启动。重新热启动后，用户程序在中断点继续运行 (定时器，计数器，指示器不被重新设置，当前数值保存在 DB 块中)。在断电前未执行的用户程序被称为剩余循环程序。剩余循环程序同时包括时间和报警控制程序部分。 

• 热启动中，所有数据包括过程映像区都执行它们最后的有效数值。
• 程序在中断点继续执行命令。
• 在当前周期完成之前，输出不会改变。
• 如果供电中断，热启动只可适用于缓冲模式。

原则上来说，如果用户程序在 STOP 状态下没有改变 (例如装载一个修改过的块) 或者因为某些原因而不需要进行启动 (暖启动)，那么，热启动是允许的。

热启动的操作命令：

如果相关参数已设定于 CPU 中，并且是如下原因造成 STOP, 那么手动热启动是可行的：

• 模式选择器从 RUN 转换到 STOP。
• STOP 已被用户编程，STOP 在调用 OB 后未被载入。
• STOP 状态包含于 PG 或某个通讯功能。

用户可以触发热启动：

• 通过模式选择开关来选择。
• CRST/WRST 需设置在 WRST。
• 通过 PG 菜单命令或通过通讯功能 (模式选择开关设置到 RUN 或 RUN-P)
• 手动热启动已在 CPU 中参数化。

自动热启动可在 POWER ON 状态下被触发，如果：

• 在 POWER OFF 状态下，CPU 不在 STOP 或 HALT。
• 模式选择开关设置到 RUN 或 RUN-P。
• 自动热启动已为 POWER ON 在 CPU 内参数化。
• 在自动热启动中，CRST/WRST 的转换是无效的。