MURR分布式I/0產品在西門子840D系統上的應用及抗干擾性研究

王麗芳

（沈陽機床集團，遼寧 沈陽 110142）

MURR公司的分布式I/O產品種類繁多，本文主要研究CUBE20和IMPACT67類型產品在數控機床上的應用及其抗干擾性研究。

1 通訊網絡硬件組態設計及實現

利用西門子數控系統提供的PROFIBUS-DP接口協議，組建主-從式通信網絡，進行I/O信號的數據交換。首先，將MURR公司提供的GSD文件（電子設備數據庫文件）導入到STEP7硬件組態工具中，關于該型號產品的功能參數（如I/O點數.診斷信息.波特率.時間監視等）方能被STEP7軟件識別，并可被集成在同一總線網絡中。如圖1所示，應用MURR產品進行的網絡拓撲結構很好的與西門子產品集成在同一網絡中。

圖1 應用STEP7組態工具配置基于MURR產品硬件組態

在配置好各硬件模塊I/O地址后，將其下載到PLC中，即可實現分布式I/O通信。但是，在現場級應用環節上，由于工業現場環境中，大量的使用高電壓大電流的電氣設備，致使其網絡所受干擾也越來越多，因此，針對這種情況，綜合西門子數控系統和MURR廠家關于屏蔽和干擾方面的技術研究，對影響數控系統穩定性的外圍環境以及干擾源進行了分析。

2 對外圍環境影響因素及相對應的抗干擾措施

系統安裝環境影響因素的分析：①溫度抗干擾措施：西門子數控系統工作環境溫度一般為0℃～50℃左右，在電氣設計時，必須保證其所在電柜內位置有良好的散熱條件，考慮到數控系統處于長期工作制情況下，有必要再電氣柜上加裝電柜冷氣機和換氣扇。②機械振動抗干擾措施：通常情況下，數控系統為盡可能與現場環境隔離，實現機械設備與控制柜相分離，一般被安裝在電氣柜內。③對粉塵、油污等抗干擾措施：首先，在設備安裝時，應當加強安裝點，即電氣柜的密封性，同時在通風口以及冷氣機上安裝過濾網；在設備維護時，定期除塵的工作必不可少。

3 對系統穩定干擾源的分析

3.1 主要干擾源類型

（1）輻射型干擾。主要包括電磁干擾及靜電干擾等。最為常見的干擾源一般是指系統中或其附近的感性負載。

（2）傳導型干擾。以線路為傳導路徑，實現對系統控制器的干擾，包括在供電、強電、接地等方面產生的干擾。

3.2 提高系統抗干擾源能力的硬件措施

3.2.1 輻射性干擾防止措施

①對于可能造成干擾的器件做好屏蔽措施，避免靜電和電磁干擾，如變壓器、機柜等；②制作雙層金屬屏蔽柜，一層為鋁板，具有較高的導電性，一層呢過為鐵板，具有較高的導磁性，從而加強屏蔽，防止高壓線、雷電等的干擾；③感應體接地，防止形成環路，避免靜電干擾；④通過將帶有屏蔽層的信號線接地，防止發生電磁干擾；⑤根據信號的多少分別選擇電纜或者雙絞導線；⑥使用扁平電纜進行短距離傳送；⑦為削弱共模干擾，提高交互感應，可以較多采用同軸電纜。

3.2.2 防止傳導型干擾的措施

（1）供電系統的抗干擾措施交流供電網絡中，可通過穩壓、濾波、隔離等措施實現抗干擾。①在直流穩壓電源交流進線側增加電子交流穩壓器，實現單向交流進線電壓的穩定，從而實現電源電壓的穩定。

②通過低通濾波器，過濾電源進線中的高頻分量、脈沖電流；③通過隔離變壓器，實現對干擾信號傳導通路的截斷，并削弱其強度；④如果穩定性、可靠性要求較高，需要增加備用穩壓電源，降低在瞬時停電或電壓降低產生的干擾；⑤增強進線電源供電穩定性，PLC控制器和I/O接口模塊的電源進線不能在負載變化較大或者有高頻設備的電源連接。

（2）系統強電的抗干擾措施在系統中伺服電機的主電路中，使用電抗器和滅弧器，并在主電路中選用帶RC抑制電路的接觸器，目的都是抑制和吸收其干擾的產生，還有采用阻容電路或二極管和穩壓二極管吸收電感負載斷開時產生的過電壓等。

（3）接地的抗干擾措施MURR的分布式I/O模塊的接地屏蔽線需要正確安裝。接地屏蔽線長度10cm，＞2，5 mm2，不宜過長，以防止產生天線效應。

3.3 提高系統抗干擾源能力的軟件措施

一些干擾情況是可以預測出來的，例如系統中輸出命令執行機構在動作過程中，會有火花、電弧等干擾信號產生。對于這一類干擾信號，可以通過編制特定的程序，封鎖干擾時間內的信號輸入，封鎖時間為干擾易發期，過后需要進行解鎖。如西門子STEP7提供的組織塊OB80～OB86，OB121，OB122就對信號的干擾有很好的抑制作用，有效防止由于信號干擾導致PLC死機情況。

4 提高系統抗干擾能力的其它措施

（1）設備選型。在設計此總線系統時，所選擇總線電纜材質應有所區分，對于產生相對運動的部件，其總線間通訊所用電纜應采用雙絞多芯屏蔽總線電纜，材質為PUR抗折彎，銅芯截面積至少在2.6mm以上。

（2）電纜布線與合理接地。放置數控系統的電氣柜，在其內外的布線都應當盡可能進行抗干擾信號處理，實際布線操作中主要應當注意以下幾個方面：①布線過程中，盡可能將控制器電源線、I/O電源線、輸入信號線、輸出信號線、交流線、直流線分開，同時，還需要將開關量與模擬量信號線分開，模擬量信號新還應當使用屏蔽線，將屏蔽層接地，數字傳輸線也需要相同操作。在控制信號新、電源線、電機動力線布線過程中，需要盡可能擴大距離，防止線路交叉，如果缺失需要發生交叉，則盡量使其角度為90度。動力電纜和信號電纜在平行放置時，最小間距為300mm。②導線屏蔽層不能當做信號線或共用線，布線過程中，盡量避免信號電纜和動力電纜的靠近，同時防止其與功率較大的變壓器或者負載較大的線圈接近，發生電磁干擾；避免在電源電路與檢測、控制電路間，以及模擬電路與數字脈沖電路間使用共用線，防止發生串擾。③直流信號的導線外需要增加隔離屏蔽，防止交流電對低平信號發生干擾；信號源與交流電不能共同使用一根地線。④IMPACT67 DP模塊終端模塊需要使用終端電阻，變更Profibus電纜或更改DP地址時，需要斷電操作，禁止帶電更換模塊。⑤在應用RS486中繼器時，NETWORK1和NETWORK2的總線距離均不應超過70M。

5 結語

提高系統抗干擾性能的措施還有很多，實際應用時，可根據具體情況，采取切實可效的方法處理，保證系統運行安全可靠。