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電源模塊
PS307-1B 負(fù)載電源，PSV AC，24V DC，2A 6ES7 307-1BA00-0AA0
PS307-1E 負(fù)載電源，PSV AC，24V DC，5A  6ES7 307-1EA00-0AA0
PS307-1K 負(fù)載電源，PSAC，24V DC，10A 6ES7 307-1KA00-0AA0
安裝適配器 裝配適配器，用于在 35 mm 匯流排上扣接 PS 6ES7 390-6BA00-0AA0
型300處理單元
CPU312 16KB DI/DOmax256點(diǎn)，AI/AOmax64路 6ES7 312-1AE14-0AB0
CPU314 48KB DI/DOmax1024點(diǎn)，AI/AOmax256路 6ES7 314-1AG14-0AB0
CPU315-2DP 128KB DI/DOmax16384點(diǎn)，AI/AOmax1024路，1個(gè)DP接口 6ES7315-2AH14-0AB0
CPU315-2PN/DP

6ES7315-2EH14-0AB0
CPU317-2DP 512KB DI/DOmax65536點(diǎn)，AI/AOmax4096路，1個(gè)DP接口 6ES7317-2AK14-0AB0
緊湊型300C處理單元
CPU312C 16KB 自帶10DI/6DO、2HSC/10KHz 6ES7312-5BF04-0AB0
CPU313C 32KB 自帶24DI/16DO、4AI、2AO、1Pt100、3HSC/30KHz 6ES7313-5BG04-0AB0
CPU313C-2PtP 32KB 自帶16DI/16DO、3HSC/30KHz、RS485 6ES7313-6BG04-0AB0
CPU313C-2DP 32KB 自帶16DI/16DO、3HSC/30KHz、DP 6ES7313-6CG04-0AB0
CPU314C-2PtP 48KB 自帶24DI/16DO、4AI、2AO、1Pt100、4HSC、RS485 6ES7314-6BH04-0AB0
CPU314C-2DP 48KB 自帶24DI/16DO、4AI、2AO、1Pt100、4HSC、DP  6ES7314-6CH04-0AB0
存儲(chǔ)卡及電池
MMC SIMATIC Micro內(nèi)存卡 64kByte(MMC) 6ES7 953-8LF20-0AA0
SIMATIC Micro內(nèi)存卡128KByte(MMC) 6ES7 953-8LG20-0AA0
SIMATIC Micro內(nèi)存卡512KByte(MMC) 6ES7 953-8LJ30-0AA0
SIMATIC Micro內(nèi)存卡2MByte(MMC) 6ES7 953-8LL31-0AA0
SIMATIC Micro內(nèi)存卡4MByte(MMC) 6ES7 953-8LM20-0AA0
鋰電池 SIMATIC Micro內(nèi)存卡8MByte(MMC) 6ES7 971-1AA00-0AA0
擴(kuò)展接口模塊及擴(kuò)展電纜
IM365 一對(duì)，機(jī)架至擴(kuò)展機(jī)架接口，含1m長(zhǎng)電纜 6ES7 365-0BA01-0AA0
IM360 機(jī)架接口模塊 6ES7 360-3AA01-0AA0
IM361 擴(kuò)展機(jī)架接口模塊 6ES7 361-3CA01-0AA0
IM368 1米  連接360和361或361和361之間 6ES7 368-3BB01-0AA0
2.5米  連接360和361或361和361之間 6ES7 368-3BC01-0AA0
5米  連接360和361或361和361之間 6ES7 368-3BF51-0AA0
10米  連接360和361或361和361之間 6ES7 368-3CB01-0AA0
前連接器
20針連接 8/16點(diǎn)數(shù)字量、2/4點(diǎn)模擬量、SM331-7KF02、智能模塊用 6ES7 392-1AJ00-0AA0
40針連接 32點(diǎn)數(shù)字量、8點(diǎn)模擬量、CPU300C配用 6ES7 392-1AM00-0AA0
安裝導(dǎo)軌
DIN安裝導(dǎo)軌 異型匯流排 160 mm 6ES7 390-1AB60-0AA0
異型匯流排 480 mm 6ES7 390-1AE80-0AA0
異型匯流排 530 mm 6ES7 390-1AF30-0AA0
異型匯流排 830 mm 6ES7 390-1AJ30-0AA0
無(wú)孔異型匯流排 2000mm 6ES7 390-1BC00-0AA0
數(shù)字量輸入/輸出模塊
SM321 16點(diǎn)24VDC輸入（P型） 6ES7 321-1BH02-0AA0
32點(diǎn)24VDC輸入（P型） 6ES7 321-1BL00-0AA0
16點(diǎn)24VDC輸入（N型） 6ES7 321-1BH50-0AA0
32點(diǎn)120VAC輸入 6ES7 321-1EL00-0AA0
8點(diǎn)120/230VAC輸入 6ES7 321-1FF01-0AA0
16點(diǎn)120/230VAC輸入 6ES7 321-1FH00-0AA0
SM322 16點(diǎn)24VDC輸出（0.5A） 6ES7 322-1BH01-0AA0
32點(diǎn)24VDC輸出（0.5A） 6ES7 322-1BL00-0AA0
32點(diǎn)120VAC輸出（1A） 6ES7 322-1EL00-0AA0
8點(diǎn)24VDC輸出（2A） 6ES7 322-1BF01-0AA0
8點(diǎn)120/230VAC輸出（1A） 6ES7 322-1FF01-0AA0
16點(diǎn)120/230VAC輸出（0.5A） 6ES7 322-1FH00-0AA0
8點(diǎn)繼電器輸出（2A） 6ES7 322-1HF01-0AA0
8點(diǎn)繼電器輸出（5A） 6ES7 322-1HF10-0AA0
16點(diǎn)繼電器輸出（AC至120V）（2A） 6ES7 322-1HH01-0AA0
SM323 8點(diǎn)24VDC輸入/8點(diǎn)24VDC輸出 6ES7 323-1BH01-0AA0
16點(diǎn)24VDC輸入/16點(diǎn)24VDC輸出 6ES7 323-1BL00-0AA0
模擬量輸入/輸出模塊
SM331 2通道模擬量輸入，隔離，9-15位，可接熱電阻、熱電偶 6ES7 331-7KB02-0AB0
8通道模擬量輸入，隔離，9-15位，可接熱電阻、熱電偶 6ES7 331-7KF02-0AB0
8通道模擬量輸入，隔離，9-15位 6ES7 331-7NF00-0AB0
8通道熱電阻輸入，隔離，24位 6ES7 331-7PF00-0AB0
8通道熱電偶輸入，隔離，24位 6ES7 331-7PF10-0AB0
SM332 2通道模擬量輸出，隔離，12位 6ES7 332-5HB01-0AB0
4通道模擬量輸出，隔離，12位 6ES7 332-5HD01-0AB0
4通道模擬量輸出，隔離，15位 6ES7 332-7ND02-0AB0
8通道模擬量輸出，隔離，12位 6ES7 332-5HF00-0AB0
SM334 4通道模擬量輸入,8位/2通道模擬量輸出,8位 不隔離 6ES7 334-0CE01-0AB0
4通道模擬量輸入,12位/2通道模擬量輸出,12位 隔離 電阻 6ES7 334-0KE00-0AB0
ET200分布單元
ET200M Profibus-DP從站接口模塊,可帶8個(gè)S7-300模塊 6ES7 153-1AA03-0XB0
Profibus-DP從站接口模塊,可帶8個(gè)S7-300模塊 冗余功能 6ES7 153-2AA02-0XB0
Profibus-DP從站接口模塊,可帶8個(gè)S7-300模塊 IM153冗余組 6ES7 153-2AR00-0XA0

為了實(shí)現(xiàn)利用現(xiàn)有的電力線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，提出利用正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)芯片LME2980設(shè)計(jì)電力載波通信(PLC)模塊。通過(guò)分析電力載波傳輸信道特性和OFDM調(diào)制解調(diào)技術(shù)基本原理，完成電力載波數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)利用現(xiàn)有的電力線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

　　關(guān)鍵詞：PLC；OFDM；LME2980；數(shù)據(jù)傳輸

　　電力載波通信技術(shù)(PLC)利用現(xiàn)有的電力線(xiàn)通過(guò)載波技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)。由于低壓電力線(xiàn)載波傳輸信道的問(wèn)題是制約低壓電力線(xiàn)載波通信發(fā)展和普及的主要，而正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制技術(shù)具有抗、抗衰落能力強(qiáng)的特點(diǎn)，采用正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制技術(shù)的芯片設(shè)計(jì)電力載波數(shù)據(jù)傳輸模塊，能更好的克服電力線(xiàn)的強(qiáng)、強(qiáng)衰減等缺陷。因此，文中提出一種基于OFDM的電力線(xiàn)載波數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)方案，利用現(xiàn)有的電力線(xiàn)實(shí)現(xiàn)載波通信。

　　1 載波通信信道特性

　　利用電力線(xiàn)載波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可以充分發(fā)揮電力資源優(yōu)勢(shì)，從而推動(dòng)電力線(xiàn)載波通信的廣泛應(yīng)用，電力載波的數(shù)據(jù)傳輸框圖如圖1所示。

　　但在電力線(xiàn)上的數(shù)據(jù)傳輸，還未達(dá)到令人滿(mǎn)意的水平，這在一定程度上了電力載波通信的廣泛應(yīng)用。主要原因有：電力線(xiàn)上的負(fù)載接入較多，電器特性各不相同，阻抗時(shí)變大，很難做到阻抗匹配。電力線(xiàn)上存在高噪聲，各種用電設(shè)備經(jīng)常開(kāi)閉，就會(huì)給電力線(xiàn)上帶來(lái)各種噪聲，而且幅度比較大。電力線(xiàn)對(duì)載波造成高削減。當(dāng)電力線(xiàn)上負(fù)荷很重時(shí)，造成對(duì)載波的高削減。因此，利用電力線(xiàn)載波的傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，需要進(jìn)行以下幾方面考慮：

　　1)較高的頻譜利用率，以適應(yīng)電力線(xiàn)信道有效帶寬窄的特點(diǎn)。

　　2)的功率利用率，能把功率集中在有效的頻帶中，功率損失。

　　3)較強(qiáng)的噪聲能力，并能在信噪比很低的情況下正常工作。

　　4)載波的選取，盡可能使電力線(xiàn)呈現(xiàn)較高的輸入阻抗，減小對(duì)載波的衰減。

　　2 OFDM技術(shù)

　　2．1 OFDM介紹

　　OFDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)實(shí)際上是MCM(Multi-Carrier Modulation，多載波調(diào)制)的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交可以通過(guò)在接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開(kāi)，這樣可以子信道之間的相互(ICI)。每個(gè)子信道上的帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以符號(hào)間。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡相對(duì)容易。

　　2．2 OFDM技術(shù)的特點(diǎn)

　　1)有效衰減對(duì)通信的影響

　　低壓電力線(xiàn)上普遍存在著選擇性衰落，而且這種衰減還具有時(shí)變性。電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的各種不確定性因素使得網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常發(fā)生突發(fā)性的衰減。OFDM將突發(fā)性的衰減造成的誤碼分散到了各個(gè)互不相關(guān)的子信道上，從而變?yōu)殡S機(jī)性的誤碼。這樣就可以利用編碼糾錯(cuò)技術(shù)恢復(fù)出所傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>

　　2)抗碼間(ISI)能力強(qiáng)

　　在電力線(xiàn)信道中，由于存在多徑效應(yīng)，多個(gè)在不同的路徑傳輸，所以到達(dá)接收機(jī)時(shí)會(huì)有一定時(shí)延，這就造成ISl。OFDM將高速的串行數(shù)據(jù)分割為Ⅳ個(gè)子，這樣分割后碼元的速率了Ⅳ倍。周期Ⅳ倍。同時(shí)再在碼元間加入保護(hù)間隙和循環(huán)前綴，這樣只要數(shù)字碼元周期大于延時(shí)時(shí)間就可以有效ISI。

　　3)頻譜利用率高

　　OFDM允許重疊的正交子載波作為子信道，而不是的利用保護(hù)頻帶分離子信道的，了利用效率。

　　4)OFDM對(duì)偏移比較。由于子信道的頻譜相互覆蓋，這就對(duì)它們之間的正交性提出了嚴(yán)格的要求。由于信道的時(shí)變性，在傳輸中出現(xiàn)的頻譜偏移或發(fā)射機(jī)與接收機(jī)本地振蕩器之間存在的偏差，都會(huì)使OFDM子載波之間的正交性遭到，載波間(ICI)。

　　因此，采用正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制技術(shù)的芯片設(shè)計(jì)的電力載波數(shù)據(jù)傳輸能很好的解決數(shù)據(jù)傳輸中衰減大、碼間嚴(yán)重、頻譜利用率不高的應(yīng)用難題。

　　3 電力載波通信模塊的設(shè)計(jì)

　　為了設(shè)計(jì)、可靠、誤碼率低的電力載波數(shù)據(jù)傳輸模塊，本課題采合微電子有限公司生產(chǎn)的電力載波芯片LME2980作為模塊的核心芯片。LME2980是國(guó)內(nèi)OFDM低壓電力線(xiàn)載波芯片，針對(duì)國(guó)內(nèi)電網(wǎng)及低壓電力線(xiàn)載波通信應(yīng)用需求而設(shè)計(jì)，具有的技術(shù)及性能。芯片具有以下特點(diǎn)：

　　1)抗能力強(qiáng)，對(duì)電網(wǎng)信道具有自適應(yīng)能力，通信可靠、。這主要是由于OFDM采用多個(gè)正交子載波(通常數(shù)百個(gè)甚至上千個(gè))同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。

　　2)通信速率高，因而通信效率高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。OFDM典型的通信速率在幾十kbps。

　　電力載波數(shù)據(jù)傳輸模塊由LME2980芯片電路，耦合和接收濾波電路，放大濾波電路，過(guò)零檢測(cè)電路和接口電路組成。數(shù)據(jù)傳輸模塊框圖如圖2所示。

　　3．1 LME2980電力載波電路

　　LME2980內(nèi)置MCU，可運(yùn)行用戶(hù)定義的通信協(xié)議及應(yīng)用。同時(shí)，LME2980內(nèi)置模擬接收前端電路，大動(dòng)態(tài)范圍自動(dòng)增益接收放大器等，電路簡(jiǎn)單，應(yīng)用方案成本低，使用方便。LME2980電力載波電路如圖3所示。

　　3．2 放大濾波電路

　　放大濾波電路的功能是把從LME2980芯片輸出的模擬進(jìn)行放大，進(jìn)行簡(jiǎn)單的濾波后，由耦合電路耦合到電纜線(xiàn)上，電力線(xiàn)傳輸?shù)囊?。放大濾波電路如圖4所示。

　　3．3 耦合和接收濾波電路

　　由耦合變壓器T1和C11組成的高通濾波電路，用于隔離高電壓的工頻交流電，F(xiàn)1是12V的TVS管，用于來(lái)自電力線(xiàn)上的高頻度，從而保護(hù)內(nèi)部電路。耦合和接收濾波電路如圖5所示。

　　3．4 過(guò)零檢測(cè)電路

　　過(guò)零檢測(cè)電路的功能是把工頻交流電的過(guò)零時(shí)刻以脈沖的告知載波芯片，從而為分時(shí)通信以及相位判斷提供依據(jù)。過(guò)零檢測(cè)電路如圖6所示。

　　3．5 接口電路

　　接口電路的主要作用是為載波模塊與外界提供接口，提供電源并建立通信。接口電路如圖7所示。

　　4

　　將設(shè)計(jì)好的電力載波數(shù)據(jù)傳輸模塊分別安裝在電力線(xiàn)的兩端，利用串口助手進(jìn)行收數(shù)據(jù)(串口的設(shè)置為：波特率為115200、起始位為1b、數(shù)據(jù)位8b、停止位1b和無(wú)流控制協(xié)議)，模塊一發(fā)送數(shù)據(jù)：WHAT IS NAME?模塊二接收后發(fā)送：CSUST ZHangLi中沒(méi)有亂碼和產(chǎn)生，正常工作，如圖8所示。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　文中通過(guò)分析電力載波傳輸信道特性和OFDM調(diào)制解調(diào)技術(shù)基本原理，選用OFDM低壓電力線(xiàn)載波芯片設(shè)計(jì)電力載波數(shù)據(jù)傳輸模塊，通過(guò)對(duì)模塊進(jìn)行，模塊正常收發(fā)傳輸數(shù)據(jù)。

　　利用現(xiàn)有的電力線(xiàn)作為傳輸媒介，通過(guò)電力線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)，節(jié)省普通通信所需要的數(shù)據(jù)傳輸媒體，對(duì)于推動(dòng)電力載波通信在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用具有積極的意義。

由于PLC內(nèi)部混入導(dǎo)電性異物或受外部異常噪音的影響，CPU失控或運(yùn)算周期超過(guò)200ms，則WDT出錯(cuò)，［EPROR］LED燈亮，PLC處于STOP，同時(shí)輸出全部都變?yōu)镺FF。此時(shí)可進(jìn)行斷電復(fù)位，若PLC恢復(fù)正常，請(qǐng)檢查一下有無(wú)異常噪音發(fā)生源和導(dǎo)電性異物混入的情況。另外，請(qǐng)檢查PLC的接地是否符合要求。
    檢查如果出現(xiàn)［EPROR］LED燈亮→閃爍的變化，請(qǐng)進(jìn)行程序檢查。如果［EPROR］LED依然一直保持燈亮狀態(tài)時(shí)，請(qǐng)確認(rèn)一下程序運(yùn)算周期是否過(guò)長(zhǎng)（D8012可知掃描時(shí)間）。
    如果進(jìn)行了全部的檢查之后，［EPROR］LED的燈亮狀態(tài)仍不能解除，應(yīng)考慮PLC內(nèi)部發(fā)生了某種故障，請(qǐng)與廠商聯(lián)系。
    4.輸入指示
    不管輸入單元的LED燈亮還是滅，請(qǐng)檢查輸入開(kāi)關(guān)是否確實(shí)在ON或OFF狀態(tài)。如果輸入開(kāi)關(guān)的額定電流容量過(guò)大或由于油侵入等原因，容易產(chǎn)生不良。當(dāng)輸入開(kāi)關(guān)與LED燈亮用電阻并聯(lián)時(shí)，即使輸入開(kāi)關(guān)OFF但并聯(lián)電路仍導(dǎo)通，仍可對(duì)PLC進(jìn)行輸入。如果使用光傳感器等輸入設(shè)備，由于發(fā)光／受光部位粘有污垢等，引起靈敏度變化，有可能不能*“ON”狀態(tài)。在比PLC運(yùn)算周期短的時(shí)間內(nèi)，不能接收到ON和OFF的輸入。如果在輸入端子上外加不同的電壓時(shí)，會(huì)損壞輸入回路。
    5.輸出指示
    不管輸出單元的LED燈亮還是滅，如果負(fù)載不能進(jìn)行ON或OFF時(shí)，主要是由于過(guò)載、負(fù)載短路或容量性負(fù)載的沖擊電流等，引起繼電器輸出接點(diǎn)粘合，或接點(diǎn)面不好不良。

通訊處理器用于把 S7-300 連接到不同的總線(xiàn)/通訊網(wǎng)絡(luò)上，以及進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)連接。根據(jù)應(yīng)用情況和模塊的不同協(xié)議，可以提供不同的總線(xiàn)，如 PROFIBUS DP 或工業(yè)以太網(wǎng)。

通過(guò)處理器（CP）進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)連接是一種強(qiáng)大而低成本的中線(xiàn)替代方案。相對(duì)于總線(xiàn)，點(diǎn)到點(diǎn)鏈接的優(yōu)點(diǎn)在只有較少 (RS485) 設(shè)備需要連接到 SIMATIC S7 上時(shí)非常明顯。
CP 可以方便的把第三方連接到 SIMATIC S7 上。由于 CP 具有*的靈活性，可以實(shí)現(xiàn)多種不同的物理傳輸介質(zhì)、傳輸速率，甚至可以自定義傳輸協(xié)議。
對(duì)于每個(gè) CP，我們用 CD 光盤(pán)提供了組態(tài)包和電子手冊(cè)，以及用于實(shí)現(xiàn) CPU 和 CP 之間通訊的參數(shù)化屏幕形式和的功能塊。
組態(tài)的數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)到 CPU 的塊中，并備份。因此更換模塊時(shí)新模塊可以立即投入使用。
S7-300 的接口模塊現(xiàn)有三種版本，每個(gè)都帶有用于不同物理傳輸介質(zhì)的接口。

應(yīng)用