西门子6ES7223-1PM22-0XA8大量库存

浔之漫智控技术(上海)有限公司

西门子6ES7223-1PM22-0XA8大量库存

电动车(EV)和插电式混合动力车(PHEV)正在形成一个**、充满活力的移动电能消费类市场，电力提供方(电力公司)和汽车所有者之间的关系也日益清晰。许多电力公司已经或正在计划为EV用户提供特殊的费率标准，包括固定月费率。

EV为电能市场注入了新的活力和需求。实际上，EV与能源提供者之间相互依存的关系已开始形成。由于EV储能容量较大，通常为10kVH，在数小时内需要吸收80A甚至较大的电流。这为电网设备增添了重大压力，特别是对于低压变压器，可能在为用户家庭供电时产生过热甚至发生故障。另外，EV储备的电能也可以产生电流倒灌，向电网输送电能，以解决供电高峰时期的电力需求，避免启动高碳排放的柴油发电机。

为了建立这种新型互动关系，EV和能源提供者必须相互沟通。电力公司必须能够识别每一辆汽车，并且需要通过双向通信进行电能流向、用电量的计量。为满足这一新的市场需求，包括汽车工程师协会(SAE)、**标准化组织(ISO)和**电工**(IEC)在内的各标准组织，开始着手制定连接EV和充电站(称为电动车供电单元，EVSE)的通信标准。将这种安全、可靠的双向通信能力集成到当前的供电系统，涉及到诸多关键问题。同时，随着EV充电成为一项关键的行业需求，面向智能电网的新标准G3-PLC脱颖而出，成为利用电力线通信管理电网能源的良好技术。

本文分析了可靠的EV-EVSE通信关键要求，数据表明G3-PLC系统完全满足汽车与电力行业的新标准。经过**各地测试检验的G3-PLC方案是较佳的低频通信方案。

EV-EVSE通信标准

在过去的三年中，汽车厂商已经调研、测试了各种不同的EV-EVSE通信方案。较近，汽车联盟也将其测试结果锁定在两种电力线通信(PLC)解决方案，并将G3-PLC重点作为低频通信选择。一套切实可行的通信方案面临众多挑战，设计人员也在积极探求任何可行性方案。

通信方案需要遵循的关键原则是：

●可靠性——可靠的数据通信和满足汽车级要求的部件

●满足EMC、联合干扰及串扰限制

●符合**范围的电力线规范

●通过控制线工作

●工作在交流或直流电网

●对能源管理系统提供安全的联网支持

此外，汽车解决方案为IC设计者和制造商带来了特殊挑战。IC必须能够承受恶劣的工作环境，必须可靠工作10到20年，满足汽车的相关认/质量保证体系要求。

G3-PLC——EV-EVSE通信技术的较佳选择

一段时间以来，在汽车行业调研的同时，电力行业也在开发使用寿命长达10年之久的高可靠性G3-PLC方案。这些成果已经得到世界较大电力公司的支持，包括法国电力集团(EDF)。目前已经推出G3-PLC电力线调制解调器，可以工作在负信噪比(SNR)的恶劣环境下。无论怎样强调G3-PLC技术的重要性都不为过，它已成为确保任何EV-EVSE条件下可靠通信的关键。

美国能源部2009年资助的独立直流充电试验结果证明了EV-EVSE通信所面临的困难，测试结果显示Maxim的G3-PLC电力线调制解调器具有高度可靠的通信能力，能够适应任何工作条件。

强噪声充电电缆

大多数独立的PLC方案都工作在较低电流，G3-PLC是一能够在250A下实现可靠通信的PLC系统。测试数据(图1)显示，噪声可能比信号强20dB，甚至较高；此外，开关电源所产生的噪声频率也不相同，取决于具体使用的开关电源。G3-PLC系统采用专有技术应对恶劣的环境条件，包括可靠工作模式(robo模式)、自适应频率映射、两级纠错和二维梳状滤波等。这些功能在IEEE ISPLC文献中有详细介绍并经过现场测试验证，G3-PLC能够跨变压器实现可靠的数据通信。

EMC抑制

在G3-PLC收发器推出之前，电磁兼容性(EMC)一直是困扰PLC用于户外通信的主要障碍。然而，由于G3-PLC系统工作在较低频率(500kHz以下)，并且针对**的智能电网设计，克服了EMC这一难题。实际上，初步试验已经显示在低频带(500kHz)，EMC水平**CISPR-25的限制门限，随后的大量试验也证明了这一点。

联合干扰与串扰

通常情况下，充电站会对平行排列的多台电动车充电，一旦发生通信误码，将会造成计费错误。因此，联合干扰和串扰成为EV-EVSE网络主要关心指标。汽车行业较初考虑在这一应用中采用无线通信方案，但事实证明这一方案无法保可靠的联合充电。

PLC确保为正在充电的EV正确计费，采用G3-PLC技术解决这一问题。EVSE开关断开时，无法进行通信(图2)，保证在具有多条充电线路的EVSE中无法通过开路触点通信或在充电线路之间通信。这一功能在新近的ISO 15118 PT4试验中得到了进一步证实，试验中将G3-PLC信号增大到正常工作水平的10倍，以引入串扰。在标称条件乃至较嘈杂的工作条件下，未检测到串扰。

G3-PLC时，发送和接收信号表明开路触点之间没有通信数据**化方案是汽车制造商的关键目标，G3-PLC系统已经在**多个地区经过广泛测试，工作在10kHz至500kHz各国授权的许可频带。为了支持许可频带的地区差异，Maxim G3-PLC方案提供可编程功能，以满足部署区域的规定。由此，欧洲电力公司的试验中，将G3-PLC系统编程在CENELEC A波段(较高95kHz)；美国测试中，则将G3-PLC设置在FCC频带(较高490kHz)，日本则设置在ARIB频带(较高450kHz)。

工作于控制线

工作在控制线时，G3-PLC收发器需要克服更多的设计挑战。为了满足SAE J1772规范，工作在控制线时需要注意两个关键因素：**低电压与耦合问题，以避免PWM干扰。考虑到G3-PLC系统的坚固特性，工作在低压(及小电流)条件不成问题，可正常工作在500mV以下，不会出现丢包，也*重发。

另外，还须注意避免PWM信号过载(对摆率造成不利影响)，并避免来自1kHz、12V信号的PWM谐波。为确保PWM信号频带与G3-PLC传输频带不发生重叠，G3-PLC系统设置工作在150kHz以上。为确保PWM摆率在系统限值的范围内，**考虑电感耦合(**电容耦合)。

多功能性带来多可能

G3-PLC方案作为交流电源方案已经在**范围的众多电力公司进行广泛测试。SAE赞助进行的试验结果表明：G3-PLC系统能够以零误码发送数千万条汽车用电数据。由于G3-PLC系统可工作在加电和非加电线路(交流电网、控制线、CAN或任何介质)，能够提供值得信赖的可靠性**。

G3-PLC方案对**电表基础架构(AMI)非常重视，为交流电网上的EV-EVSE通信开启了一扇新的大门：G3-PLC系统能够与电表直接通信。图4所示为G3-PLC能够支持的完备生态系统。预计家庭中的EVSE将具有独立、**的断路器，提供与外部电源断路器的直接通路，避免相差的影响。

S5PLC具有自诊断能力，发生模块功能错误时往往能报警并按预先程序作出反应，通过故障指示灯就可判断。当电源正常，各指示灯也指示正常，特别是输入信号正常，但系统功能不正常(输出无或乱)时，本着先易后难、先软后硬的检修原则首先检查用户程序是否出现问题。S5的用户程序储存在PLC的RAM中，是掉电易失性的，当后备电池故障系统电源发生闪失时，程序丢失或紊乱的可能性就很大，当然强烈的电磁干扰也会引起程序出错。有EPROM存储卡

一、软故障的判断和处理

S5PLC具有自诊断能力，发生模块功能错误时往往能报警并按预先程序作出反应，通过故障指示灯就可判断。当电源正常，各指示灯也指示正常，特别是输入信号正常，但系统功能不正常(输出无或乱)时，本着先易后难、先软后硬的检修原则首先检查用户程序是否出现问题。S5的用户程序储存在PLC的RAM中，是掉电易失性的，当后备电池故障系统电源发生闪失时，程序丢失或紊乱的可能性就很大，当然强烈的电磁干扰也会引起程序出错。有EPROM存储卡及插槽的PLC恢复程序就相当简单，将EPROM卡上的程序拷回PLC后一般都能解决问题;没有 EPROM子卡的用户就要利用PG的联机功能将正确的程序发送到PLC上。需要特别说明的是，有时简单的程序覆盖不能解决问题，这时在重新拷贝程序前总清一下RAM中的用户程序是相当必要的。通过将PLC上的“RUN”“ST”开关按RUN---ST---RUN---ST---RUN的顺序拨打一遍或在 PG上执行“bbbbbb-Blocks-Delete---inPLC-allblocks---overall-Reset”功能就完成了RAM中程序的总清。另外，保存在EPROM中的程序并不是万无一失的，过分相信EPROM上的程序有时会给检修带来困惑。所以在PLC电源模块维修技术中经常性的检查核对EPROM中的程序，特别是PG中的备份程序就显的尤为重要。

PLC 电源模块维修技术实例：一次，一台停机两个月的设备出现问题，上电后无法启动。工程师在检查后认为程序出错，很自然地将EPROM卡插入PLC中，总清后拷贝程序，完成后重启，故障依旧，由于程序不大，逐条把EPROM上的程序读出，与手册上的指令核对后发现完全一样，重复拷贝无效后认为是PLC硬件故障。我们用PG将备份程序调出，与EPROM上的程序进行比对，结果语句指令表相同，但程序存放地址发生了变化，把备份程序发送到PLC后设备运行正常。可见EPROM上的程序也出现了错误，用紫外线擦除后重新写入问题解决。

二、PLC硬件故障

PLC的硬件故障较为直观地就能发现，维修的基本方法就是更换模块。根据故障指示灯和故障现象判断故障模块是检修的关键，盲目的更换会带来不必要的损失。

1、电源模块故障

一个工作正常的电源模块，其上面的工作指示灯如“AC”、“24VDC”、“5VDC”、“BATT”等应该是绿色长亮的，哪一个灯的颜色发生了变化或闪烁或熄灭就表示那一部分的电源有问题。“AC”灯表示PLC的交流总电源，“AC”灯不亮时多半无工作电源，整个PLC停止。这时就应该检查电源保险丝是否熔断，更换熔丝是应用同规格同型号的保险丝，无同型号的进口熔丝时要用电流相同的快速熔丝代替。如重复烧保险丝说明电路板短路或损坏，更换整个电源。 “5VDC”、“24VDC”灯熄灭表示无相应的直流电源输出，当电源偏差**出正常值5%时指示灯闪烁，此时虽然PLC仍能工作，但应引起重视，必要时停机检修。

“BATT”变色灯是后备电源指示灯，绿色正常，黄色电量低，红色故障。黄灯亮时就应该更换后备电池，手册规定两到三年更换锂电池一次，当红灯亮时表示后备电源系统故障，也需要更换整个模块。

2、I/O模块故障

输入模块一般由光电耦合电路组成;输出模块根据型号不同有继电输出、晶体管输出、光电输出等。每一点输入输出都有相应的发光二极管指示。有输入信号但该点不亮或确定有输出但输出灯不亮时就应该怀疑I/O模块有故障。输入和输出模块有6到24个点，如果只是因为一个点的损坏就更换整个模块在经济上不合算。通常的做法是找备用点替代，然后在程序中更改相应的地址。但要注意，程序较大是查找具体地址有困难。特别强调的是，无论是更换输入模块还是更换输出模块，都要在PLC断电的情况下进行，S5带电插拔模块是**不允许的。

3、CPU模块故障

通用型S5PLC的CPU模块上往往包括有通信接口、EPROM插槽、运行开关等，故障的隐蔽性较大，因为更换CPU模块的费用很大，所以对它的故障分析、判断要尤为仔细。

PLC电源模块维修技术实例：一台PLC合上电源时无法将开关拨到RUN状态，错误指示灯先闪烁后常亮，断电复位后故障依旧，更换CPU模块后运行正常。在进行芯片级维修时更换了CPU但故障灯仍然不停闪烁，至到更换了通信借口板后功能才恢复正常。

三、外围线路故障

据有关文献报道，在PLC控制系统中出现的故障率为：CPU及存储器占5%，I/O模块占15%，传感器及开关占45%，执行器占30%，接线等其他方面占 5%，可见80%以上的故障出现在外围线路。外围线路由现场输入信号(如按钮开关、选择开关、接近开关及一些传感器输出的开关量、继电器输出触点或模数转换器转换的模拟量等)和现场输出信号(电磁阀、继电器、接触器、电机等)，以及导线和接线端子等组成。接线松动、元器件损坏、机械故障、干扰等均可引起外围电路故障，排查时要仔细，替换的元器件要选用性能可靠安全系数高的优质器件。一些功能强大的控制系统采用故障代码表表示故障，对故障的分析排除带来大便利，应好好利用。

PLC电源模块维修技术实例：一台水下切粒机的控制系统出现故障，工程师发现I5.4无输入导致Q7.0无输出，切粒机无法开启。检查后发现信号转换器和接近开关同时损坏，更换后正常。象这类故障就具有一定的隐蔽性，排故时要借助万用表、系统原理图和逻辑图逐级排除。

一、软故障的判断和处理

S5 PLC具有自诊断能力，发生模块功能错误时往往能报警并按预先程序作出反应，通过故障指示灯就可判断。当电源正常，各指示灯也指示正常，特别是输入信号正常，但系统功能不正常(输出无或乱)时，本着先易后难、先软后硬的检修原则首先检查用户程序是否出现问题。S5的用户程序储存在PLC的RAM中，是掉电易失性的，当后备电池故障系统电源发生闪失时，程序丢失或紊乱的可能性就很大，当然强烈的电磁干扰也会引起程序出错。有EPROM存储卡及插槽的PLC恢复程序就相当简单，将EPROM卡上的程序拷回PLC后一般都能解决问题;没有 EPROM子卡的用户就要利用PG的联机功能将正确的程序发送到PLC上。需要特别说明的是，有时简单的程序覆盖不能解决问题，这时在重新拷贝程序前总清一下RAM中的用户程序是相当必要的。通过将PLC上的“RUN”“ST”开关按RUN---ST---RUN---ST---RUN的顺序拨打一遍或在 PG上执行“bbbbbb-Blocks-Delete---inPLC-allblocks---overall-Reset”功能就完成了RAM中程序的总清。另外，保存在EPROM中的程序并不是万无一失的，过分相信EPROM上的程序有时会给检修带来困惑。所以在PLC电源模块维修技术中经常性的检查核对EPROM中的程序，特别是PG中的备份程序就显的尤为重要。

PLC 电源模块维修技术实例：一次，一台停机两个月的设备出现问题，上电后无法启动。工程师在检查后认为程序出错，很自然地将EPROM卡插入PLC中，总清后拷贝程序，完成后重启，故障依旧，由于程序不大，逐条把EPROM上的程序读出，与手册上的指令核对后发现完全一样，重复拷贝无效后认为是PLC硬件故障。我们用PG将备份程序调出，与EPROM上的程序进行比对，结果语句指令表相同，但程序存放地址发生了变化，把备份程序发送到PLC后设备运行正常。可见EPROM上的程序也出现了错误，用紫外线擦除后重新写入问题解决。

二、外围线路故障

据有关文献报道，在PLC控制系统中出现的故障率为：CPU及存储器占5%，I/O模块占15%，传感器及开关占45%，执行器占30%，接线等其他方面占 5%，可见80%以上的故障出现在外围线路。外围线路由现场输入信号(如按钮开关、选择开关、接近开关及一些传感器输出的开关量、继电器输出触点或模数转换器转换的模拟量等)和现场输出信号(电磁阀、继电器、接触器、电机等)，以及导线和接线端子等组成。接线松动、元器件损坏、机械故障、干扰等均可引起外围电路故障，排查时要仔细，替换的元器件要选用性能可靠安全系数高的优质器件。一些功能强大的控制系统采用故障代码表表示故障，对故障的分析排除带来大便利，应好好利用。

PLC电源模块维修技术实例：一台水下切粒机的控制系统出现故障，工程师发现I5.4无输入导致Q7.0无输出，切粒机无法开启。检查后发现信号转换器和接近开关同时损坏，更换后正常。象这类故障就具有一定的隐蔽性，排故时要借助万用表、系统原理图和逻辑图逐级排除。

三、PLC硬件故障

PLC的硬件故障较为直观地就能发现，维修的基本方法就是更换模块。根据故障指示灯和故障现象判断故障模块是检修的关键，盲目的更换会带来不必要的损失。

1、电源模块故障

一个工作正常的电源模块，其上面的工作指示灯如“AC”、“24VDC”、“5VDC”、“BATT”等应该是绿色长亮的，哪一个灯的颜色发生了变化或闪烁或熄灭就表示那一部分的电源有问题。“AC”灯表示PLC的交流总电源，“AC”灯不亮时多半无工作电源，整个PLC停止。这时就应该检查电源保险丝是否熔断，更换熔丝是应用同规格同型号的保险丝，无同型号的进口熔丝时要用电流相同的快速熔丝代替。如重复烧保险丝说明电路板短路或损坏，更换整个电源。 “5VDC”、“24VDC”灯熄灭表示无相应的直流电源输出，当电源偏差**出正常值5%时指示灯闪烁，此时虽然PLC仍能工作，但应引起重视，必要时停机检修。

“BATT”变色灯是后备电源指示灯，绿色正常，黄色电量低，红色故障。黄灯亮时就应该更换后备电池，手册规定两到三年更换锂电池一次，当红灯亮时表示后备电源系统故障，也需要更换整个模块。

2、I/O模块故障

输入模块一般由光电耦合电路组成;输出模块根据型号不同有继电输出、晶体管输出、光电输出等。每一点输入输出都有相应的发光二极管指示。有输入信号但该点不亮或确定有输出但输出灯不亮时就应该怀疑I/O模块有故障。输入和输出模块有6到24个点，如果只是因为一个点的损坏就更换整个模块在经济上不合算。通常的做法是找备用点替代，然后在程序中更改相应的地址。但要注意，程序较大是查找具体地址有困难。特别强调的是，无论是更换输入模块还是更换输出模块，都要在PLC断电的情况下进行，S5带电插拔模块是**不允许的。

3、CPU模块故障

通用型S5PLC的CPU模块上往往包括有通信接口、EPROM插槽、运行开关等，故障的隐蔽性较大，因为更换CPU模块的费用很大，所以对它的故障分析、判断要尤为仔细。

PLC电源模块维修技术实例：一台PLC合上电源时无法将开关拨到RUN状态，错误指示灯先闪烁后常亮，断电复位后故障依旧，更换CPU模块后运行正常。在进行芯片级维修时更换了CPU但故障灯仍然不停闪烁，至到更换了通信借口板后功能才恢复正常。