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概述

SIMATIC ET200SP HA F IO Redundant Station 2PN

通过冗余 PROFINET 连接实现紧凑额设计、灵活的连接和高系统可用性：SIMATIC ET 200SP HA 分布式 I/O 系统**满足过程工业的要求。新设计允许每个站多有 56 个 I/O 模块。仅 22.5mm 宽的模块上可具有多 32 个通道，大限度节省了控制柜内的空间。

冗余 PROFINET 连接允许使用铜缆或光缆，经由两个独立网络连接高可用性控制器。使用各种可用的模块（如数字量和模拟量 I/O）以及 NAMUR、HART 和其它协议，可以逐步将系统扩展。所有 24燰 标准信号都通过相同类型的端子排进行连接，从而实现控制柜的高度标准化。

SIMATIC ET 200SP HA 适合在控制柜中使用以及用于高达 2 区的危险区域。所有部件都具有 -40 到 +70°C 宽温度范围并带有保护涂层，可直接在现场安装。

在工程组态方面，用户还将获益于无缝集成在 SIMATIC PCS 7 中。通过 SIMATIC ET 200SP HA 与**过程库相结合，还可进行灵活而简单的在线参数分配，并且每个通道可选择多 4 个 HART 变量。

优势

优点一览

可用性

PROFINET 接口上的冗余（S2 或 R1）

具有集成 I/O 冗余的端子排

在运行过程中热插拔

可在运行过程中执行站扩展

易于使用

带有*性接线的紧凑型模块

一个端子排用于所有 24 V 标准信号

采用插入式端子的免工具连接系统

紧凑型设计

结构紧凑，每个站多 56 个 I/O 模块

一个 22.5 cm 宽的模块上多有 32 个通道

系统集成的电源总线

无缝在 SIMATIC PCS 7 中的集成

PROFINET IO 通信标准

设计

采用 SIMATIC PCS 7 设计的 ET 200SP HA

易于处理，可用性高

SIMATIC ET 200SP HA 的**特点是安装和组装十分简单方便。由于新的端子布局和推入式连接技术，*工具即可接线。由于机械部件和电子部件相互分离，可不使用 I/O 模块而对站进行预接线，因此控制柜的配置为灵活。空模块可插在集成式端子排中并可随时方便地换。由于可在运行过程中进行站的扩展，在装置灵活性和可用性方面具有附加优点。

除了通过 PROFINET 接口冗余操作 SIMATIC ET 200SP HA 站之外，还可以冗余操作 I/O 模块。这是通过用于实现集成式 I/O 冗余的端子排实现的，非常经济有效且节省了大量空间。通过采用标准化端子排的新设计，只需一次操作即可简单完成冗余接线。

SIMATIC ET 200SP HA 分布式 I/O 系统的主要组件

SIMATIC ET 200SP HA 分布式 I/O 系统由以下组件组成：

装配导轨

在控制柜中安装 ET 200SP HA 站需要使用安装导轨。接口模块的 IM 载体模块、I/O 模块的载体模块以及服务模块安装到安装导轨上。

接口模块的 IM 载体模块

提供了两种 IM 载体模块：

用于 1 个接口模块的 IM 单载体模块，用于单一连接到 PROFINET

用于 2 个接口模块的 IM 冗余载体模块，用于冗余连接到 PROFINET

IM 155‑6 PN 接口模块和总线适配器

接口模块 PROFINET 实现 ET 200SP HA 站与 SIMATIC PCS 7 自动化系统（控制器）之间的通信。单独部件形式的总线适配器允许任意选择连接技术：

BA 2×RJ45:2 个用于连接带标准 RJ45 连接器的总线电缆的电气接口

BA 2×FC:用于直接连接 FastConnect 总线电缆的 2 个电气接口

BA 2×LC:2 个光纤端口用于光纤电缆

I/O 模块的载体模块和端子排

I/O 模块的插槽是通过连接载体模块和端子排而产生的。载体模块提供各模块的电气和机械连接；端子排包含用于连接传感器、执行器和其它装置的过程端子。

提供了两种载体模块，一个模块带有 2 个插槽，一个模块带有 8 个插槽，用于安装 I/O 模块。

可用端子排的选择决定了以下特性：

负载电压电源的类型

形成潜在组

所需的 I/O 模块的类型

I/O 模块的冗余配置

I/O 模块

提供了带有 8 或 16 个数字量通道（DI、DQ）和 8 或 16 个模拟量通道（AI、AQ）的模块作为 I/O 模块。也可提供一个继电器模块 (RQ) 和一个通用模拟量/数字量模块 (AI-DI/DQ)。

具有高 24燰燚C 信号电压的所有 I/O 模块也可以冗余使用。

如果不需要在插槽中插入 I/O 模块，或者插槽需要保留用于以后的扩展，则可以安装插槽盖。可以在插槽盖的插入代表已规划的 I/O 模块的标签条。

服务模块和电源总线盖

服务模块和电源总线盖让 ET 200SP HA 站的配置变得完整。电源总线盖为电源总线触点提供保护。

功能

主要功能

一体式 I/O 模块

22.5 mm 宽的模块上多有 32 个通道

每站大 56 个模块

非常适合现场的应用

安装在直至危险 2 区中

宽温度范围 -40 到 +70 °C

具有符合 NAMUR 建议 NE21 的高抗干扰性

所有部件上带有保护涂层

可在大 4000 米的海报高度上使用

支持的模块类型范围较广

16×AI、8×AO HART, 16×DI, 16×DO etc。

标准 I/O 端子排

适用于所有 24 V 信号 AI、AO、DI、DO

冗余配置

SIMATIC ET 200SP HA，基本冗余配置

如有必要，可通过冗余配置来提高 ET 200SP HA 分布式 I/O 的可用性。可实现许多不同配置（各种冗余配置也可以组合）：

介质冗余

带有 1 个接口模块的 ET 200SP HA 站连接到环型拓扑中的自动化站。该环网中的至少一个设备承担冗余管理器角色；其它设备为冗余客户机。该自动化站组态为 MRP 管理器。

如果环型拓扑终端，那么该系统中的 ET 200SP HA 站仍保持可用。

运行期间，可以执行以下功能之一：

连接和移除 ET 200SP HA 站

换 PROFINET 电缆

系统冗余

ET 200SP HA 站与冗余自动化系统相连。冗余使用的所有部件都连续运行。如果一个冗余伙伴出现故障，则通过转移主站角色或选择不同的通信路径来保持该功能。

如果一个 CPU 或一根 PROFINET 电缆出现故障，那么 ET 200SP HA 站仍保持可用。

运行期间，可以执行以下功能之一：

连接和移除 ET 200SP HA 站

换 PROFINET 电缆

换 CPU

I/O 冗余

若要配置 I/O 冗余，需要将两个同类型的 I/O 模块并排插在一个用于实现冗余配置的端子排中（宽度：45 mm).该端子排将两个模块的过程信号连接到一个公共过程端子。优点是：

由于构成信号的互连已集成在系统中，接线工作量比连接分开的 I/O 模块要少。

模块级别的传感器和执行器冗余信号处理提高了系统可用性。

如果一个 I/O 模块或者两个 I/O 模块之一的一个通道出现故障，会有以下情况：

系统中无错误的输入保持可用。

系统中无错误的输出继续受控制。

无错误运行中的一个模块对中的一个 I/O 模块可执行以下功能之一：

固件新

换模块

 1．输入接线
（1）输入接线一般不要过30米。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。

   （2）输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开。

   （3）尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。
2． 输出连接
（1）输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。

   （2）由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，应用熔丝保护输出元件。

   （3）采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时选择继电器工作寿命要长。

   （4）PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。

1 概述

随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家用提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。

 

2 电磁干扰源及对系统的干扰

2.1 干扰源及干扰一般分类

影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，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。

干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

 

2.2 PLC控制系统中电磁干扰的主要来源

2.2.1 来自空间的辐射干干扰

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，其分布为复杂。若PLC系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，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；而是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。

 

2.2.2 来自系统外引线的干扰

主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。

（1）来自电源的干扰

实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后换隔离性能高的PLC电源，问题才得到解决。

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，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，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。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，**隔离是不可能的。

（2）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，这往往被忽视；二是信号线受空间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。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。

6ES72111BE400XB0	CPU 1211C   AC/DC/Rly,6输入/4输出,集成2AI
6ES72111AE400XB0	CPU 1211C   DC/DC/DC,6输入/4输出,集成2AI
6ES72111HE400XB0	CPU 1211C   DC/DC/Rly,6输入/4输出,集成2AI
6ES72121BE400XB0	CPU 1212C   AC/DC/Rly,8输入/6输出,集成2AI
6ES72121AE400XB0	CPU 1212C   DC/DC/DC,8输入/6输出,集成2AI
6ES72121HE400XB0	CPU 1212C   DC/DC/Rly,8输入/6输出,集成2AI
6ES72141BG400XB0	CPU 1214C   AC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI
6ES72141AG400XB0	CPU 1214C   DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI
6ES72141HG400XB0	CPU 1214C   DC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI
6ES72151BG400XB0	CPU 1215C   AC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES72151AG400XB0	CPU 1215C   DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES72151HG400XB0	CPU 1215C   DC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES72171AG400XB0	CPU 1217C   DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI/2AO