MURR分布式I/0产品在西门子840D系统上的应用及抗干扰性研究

2019-06-11王丽芳

世界有色金属 2019年7期

王丽芳

（沈阳机床集团，辽宁沈阳 110142）

MURR公司的分布式I/O产品种类繁多，本文主要研究CUBE20和IMPACT67类型产品在数控机床上的应用及其抗干扰性研究。

1 通讯网络硬件组态设计及实现

利用西门子数控系统提供的PROFIBUS-DP接口协议，组建主-从式通信网络，进行I/O信号的数据交换。首先，将MURR公司提供的GSD文件（电子设备数据库文件）导入到STEP7硬件组态工具中，关于该型号产品的功能参数（如I/O点数.诊断信息.波特率.时间监视等）方能被STEP7软件识别，并可被集成在同一总线网络中。如图1所示，应用MURR产品进行的网络拓扑结构很好的与西门子产品集成在同一网络中。

图1 应用STEP7组态工具配置基于MURR产品硬件组态

在配置好各硬件模块I/O地址后，将其下载到PLC中，即可实现分布式I/O通信。但是，在现场级应用环节上，由于工业现场环境中，大量的使用高电压大电流的电气设备，致使其网络所受干扰也越来越多，因此，针对这种情况，综合西门子数控系统和MURR厂家关于屏蔽和干扰方面的技术研究，对影响数控系统稳定性的外围环境以及干扰源进行了分析。

2 对外围环境影响因素及相对应的抗干扰措施

系统安装环境影响因素的分析：①温度抗干扰措施：西门子数控系统工作环境温度一般为0℃～50℃左右，在电气设计时，必须保证其所在电柜内位置有良好的散热条件，考虑到数控系统处于长期工作制情况下，有必要再电气柜上加装电柜冷气机和换气扇。②机械振动抗干扰措施：通常情况下，数控系统为尽可能与现场环境隔离，实现机械设备与控制柜相分离，一般被安装在电气柜内。③对粉尘、油污等抗干扰措施：首先，在设备安装时，应当加强安装点，即电气柜的密封性，同时在通风口以及冷气机上安装过滤网；在设备维护时，定期除尘的工作必不可少。

3 对系统稳定干扰源的分析

3.1 主要干扰源类型

（1）辐射型干扰。主要包括电磁干扰及静电干扰等。最为常见的干扰源一般是指系统中或其附近的感性负载。

（2）传导型干扰。以线路为传导路径，实现对系统控制器的干扰，包括在供电、强电、接地等方面产生的干扰。

3.2 提高系统抗干扰源能力的硬件措施

3.2.1 辐射性干扰防止措施

①对于可能造成干扰的器件做好屏蔽措施，避免静电和电磁干扰，如变压器、机柜等；②制作双层金属屏蔽柜，一层为铝板，具有较高的导电性，一层呢过为铁板，具有较高的导磁性，从而加强屏蔽，防止高压线、雷电等的干扰；③感应体接地，防止形成环路，避免静电干扰；④通过将带有屏蔽层的信号线接地，防止发生电磁干扰；⑤根据信号的多少分别选择电缆或者双绞导线；⑥使用扁平电缆进行短距离传送；⑦为削弱共模干扰，提高交互感应，可以较多采用同轴电缆。

3.2.2 防止传导型干扰的措施

（1）供电系统的抗干扰措施交流供电网络中，可通过稳压、滤波、隔离等措施实现抗干扰。①在直流稳压电源交流进线侧增加电子交流稳压器，实现单向交流进线电压的稳定，从而实现电源电压的稳定。

②通过低通滤波器，过滤电源进线中的高频分量、脉冲电流；③通过隔离变压器，实现对干扰信号传导通路的截断，并削弱其强度；④如果稳定性、可靠性要求较高，需要增加备用稳压电源，降低在瞬时停电或电压降低产生的干扰；⑤增强进线电源供电稳定性，PLC控制器和I/O接口模块的电源进线不能在负载变化较大或者有高频设备的电源连接。

（2）系统强电的抗干扰措施在系统中伺服电机的主电路中，使用电抗器和灭弧器，并在主电路中选用带RC抑制电路的接触器，目的都是抑制和吸收其干扰的产生，还有采用阻容电路或二极管和稳压二极管吸收电感负载断开时产生的过电压等。

（3）接地的抗干扰措施MURR的分布式I/O模块的接地屏蔽线需要正确安装。接地屏蔽线长度10cm，＞2，5 mm²，不宜过长，以防止产生天线效应。

3.3 提高系统抗干扰源能力的软件措施

一些干扰情况是可以预测出来的，例如系统中输出命令执行机构在动作过程中，会有火花、电弧等干扰信号产生。对于这一类干扰信号，可以通过编制特定的程序，封锁干扰时间内的信号输入，封锁时间为干扰易发期，过后需要进行解锁。如西门子STEP7提供的组织块OB80～OB86，OB121，OB122就对信号的干扰有很好的抑制作用，有效防止由于信号干扰导致PLC死机情况。

4 提高系统抗干扰能力的其它措施

（1）设备选型。在设计此总线系统时，所选择总线电缆材质应有所区分，对于产生相对运动的部件，其总线间通讯所用电缆应采用双绞多芯屏蔽总线电缆，材质为PUR抗折弯，铜芯截面积至少在2.6mm以上。

（2）电缆布线与合理接地。放置数控系统的电气柜，在其内外的布线都应当尽可能进行抗干扰信号处理，实际布线操作中主要应当注意以下几个方面：①布线过程中，尽可能将控制器电源线、I/O电源线、输入信号线、输出信号线、交流线、直流线分开，同时，还需要将开关量与模拟量信号线分开，模拟量信号新还应当使用屏蔽线，将屏蔽层接地，数字传输线也需要相同操作。在控制信号新、电源线、电机动力线布线过程中，需要尽可能扩大距离，防止线路交叉，如果缺失需要发生交叉，则尽量使其角度为90度。动力电缆和信号电缆在平行放置时，最小间距为300mm。②导线屏蔽层不能当做信号线或共用线，布线过程中，尽量避免信号电缆和动力电缆的靠近，同时防止其与功率较大的变压器或者负载较大的线圈接近，发生电磁干扰；避免在电源电路与检测、控制电路间，以及模拟电路与数字脉冲电路间使用共用线，防止发生串扰。③直流信号的导线外需要增加隔离屏蔽，防止交流电对低平信号发生干扰；信号源与交流电不能共同使用一根地线。④IMPACT67 DP模块终端模块需要使用终端电阻，变更Profibus电缆或更改DP地址时，需要断电操作，禁止带电更换模块。⑤在应用RS486中继器时，NETWORK1和NETWORK2的总线距离均不应超过70M。