西门子S7_200PLC的RS485通信口易损坏的原因和解决办法

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西门子S7-200PLC的RS485通信口易损坏的原因和解决办法

成都张奉节

一、S7-200PLC内部RS485接口电路(见附图)

附图电路中，R1、R2是10Ω普通电阻，用于防止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、常见故障现象分析

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，常有通信口损坏现象发生，较常见的损坏情况如下:

1.R1或R2被烧断，Z1、Z2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Z2到地，Z1、Z2能承受最大10A电流的冲击，而该电流在R1或RR2上产生的瞬态功率为:102x10=1000W，当然会将其烧断。

2.SN75176损坏，R1、R2和Z1、Z2完好。

这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。

3.Z1或Z2、SN75176损坏，RR1和R2完好。

这可能是高电压、低电流的瞬态干扰电压将Z1、Z2和SN75176击穿，由于电流较小和发生时间较短，因而R1、RR2未发热烧断。

由以上分析可知，PLC接口损坏主要是由瞬态过电压和静电造成的。产生瞬态过电压和静电的原因很多且较复杂，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 为其他设备混合供电可能导致地电位变化，造成共模电压超出允许范围。所以，EIA-485标准要求将各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，且电路中存在诸多电感、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总线上的其他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

(1)采用隔离的DC/DC将24V电源和5V电源隔离，三菱、欧姆龙、施耐德PLC以及西门子的profibus接口均是如此。

(2)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档RS485芯片，如SN65HVD1176D、MAX3468ESA等，这些芯片的价格一般为十几元至几十元，而SN75176仅为1.5元。

(3)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以上的大电流冲击。

(4)R1和R2采用正温度系数的自恢复保险PTC，如JK60-010，其正常情况下的电阻值为5Ω，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

(1)PLC的RS485口联网时采用隔离的总线连接器。

(2)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，这样一来，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他节点损坏。

(3)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。

(4)对于有架空线的系统，总线上最好设置专门的防雷击设施。

(5)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-OXAO)是不隔离的，现在也改成隔离的电缆了。

解决S7-200通讯口损坏的办法实例、实验如下:

在单位众多S7-200PLC中，不时有通讯口损坏，致使不能连接PC或不能进行通讯的情况发生。在对PLC解体时发现，在PLC通讯口处有一芯片——75176，就是通讯接口芯片，周围有5个FB，标识为FBl～FB5，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。对此，可用同型号的保险代替，应急时用相当于保险电流的细导线直接短路，也能解决问题。更换时要注意，由于该元件是贴片的，十分小，空间也小，焊接时不要短路。