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電源模塊
PS307-1B 負載電源，PSV AC，24V DC，2A 6ES7 307-1BA00-0AA0
PS307-1E 負載電源，PSV AC，24V DC，5A  6ES7 307-1EA00-0AA0
PS307-1K 負載電源，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，AI/AOmax64路 6ES7 312-1AE14-0AB0
CPU314 48KB DI/DOmax1024點，AI/AOmax256路 6ES7 314-1AG14-0AB0
CPU315-2DP 128KB DI/DOmax16384點，AI/AOmax1024路，1個DP接口 6ES7315-2AH14-0AB0
CPU315-2PN/DP

6ES7315-2EH14-0AB0
CPU317-2DP 512KB DI/DOmax65536點，AI/AOmax4096路，1個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
存儲卡及電池
MMC SIMATIC Micro內存卡 64kByte(MMC) 6ES7 953-8LF20-0AA0
SIMATIC Micro內存卡128KByte(MMC) 6ES7 953-8LG20-0AA0
SIMATIC Micro內存卡512KByte(MMC) 6ES7 953-8LJ30-0AA0
SIMATIC Micro內存卡2MByte(MMC) 6ES7 953-8LL31-0AA0
SIMATIC Micro內存卡4MByte(MMC) 6ES7 953-8LM20-0AA0
鋰電池 SIMATIC Micro內存卡8MByte(MMC) 6ES7 971-1AA00-0AA0
擴展接口模塊及擴展電纜
IM365 一對，機架至擴展機架接口，含1m長電纜 6ES7 365-0BA01-0AA0
IM360 機架接口模塊 6ES7 360-3AA01-0AA0
IM361 擴展機架接口模塊 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點數(shù)字量、2/4點模擬量、SM331-7KF02、智能模塊用 6ES7 392-1AJ00-0AA0
40針連接 32點數(shù)字量、8點模擬量、CPU300C配用 6ES7 392-1AM00-0AA0
安裝導軌
DIN安裝導軌 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
無孔異型匯流排 2000mm 6ES7 390-1BC00-0AA0
數(shù)字量輸入/輸出模塊
SM321 16點24VDC輸入（P型） 6ES7 321-1BH02-0AA0
32點24VDC輸入（P型） 6ES7 321-1BL00-0AA0
16點24VDC輸入（N型） 6ES7 321-1BH50-0AA0
32點120VAC輸入 6ES7 321-1EL00-0AA0
8點120/230VAC輸入 6ES7 321-1FF01-0AA0
16點120/230VAC輸入 6ES7 321-1FH00-0AA0
SM322 16點24VDC輸出（0.5A） 6ES7 322-1BH01-0AA0
32點24VDC輸出（0.5A） 6ES7 322-1BL00-0AA0
32點120VAC輸出（1A） 6ES7 322-1EL00-0AA0
8點24VDC輸出（2A） 6ES7 322-1BF01-0AA0
8點120/230VAC輸出（1A） 6ES7 322-1FF01-0AA0
16點120/230VAC輸出（0.5A） 6ES7 322-1FH00-0AA0
8點繼電器輸出（2A） 6ES7 322-1HF01-0AA0
8點繼電器輸出（5A） 6ES7 322-1HF10-0AA0
16點繼電器輸出（AC至120V）（2A） 6ES7 322-1HH01-0AA0
SM323 8點24VDC輸入/8點24VDC輸出 6ES7 323-1BH01-0AA0
16點24VDC輸入/16點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S7-300模塊 6ES7 153-1AA03-0XB0
Profibus-DP從站接口模塊,可帶8個S7-300模塊 冗余功能 6ES7 153-2AA02-0XB0
Profibus-DP從站接口模塊,可帶8個S7-300模塊 IM153冗余組 6ES7 153-2AR00-0XA0

為了實現(xiàn)利用現(xiàn)有的電力線路實現(xiàn)數(shù)據傳輸，提出利用正交頻分復用(OFDM)技術芯片LME2980設計電力載波通信(PLC)模塊。通過分析電力載波傳輸信道特性和OFDM調制解調技術基本原理，完成電力載波數(shù)據傳輸模塊的設計，實現(xiàn)利用現(xiàn)有的電力線進行數(shù)據傳輸。

　　關鍵詞：PLC；OFDM；LME2980；數(shù)據傳輸

　　電力載波通信技術(PLC)利用現(xiàn)有的電力線通過載波技術進行數(shù)據傳輸?shù)募夹g。由于低壓電力線載波傳輸信道的問題是制約低壓電力線載波通信發(fā)展和普及的主要，而正交頻分復用(OFDM)調制技術具有抗、抗衰落能力強的特點，采用正交頻分復用(OFDM)調制技術的芯片設計電力載波數(shù)據傳輸模塊，能更好的克服電力線的強、強衰減等缺陷。因此，文中提出一種基于OFDM的電力線載波數(shù)據傳輸模塊設計方案，利用現(xiàn)有的電力線實現(xiàn)載波通信。

　　1 載波通信信道特性

　　利用電力線載波進行數(shù)據傳輸，可以充分發(fā)揮電力資源優(yōu)勢，從而推動電力線載波通信的廣泛應用，電力載波的數(shù)據傳輸框圖如圖1所示。

　　但在電力線上的數(shù)據傳輸，還未達到令人滿意的水平，這在一定程度上了電力載波通信的廣泛應用。主要原因有：電力線上的負載接入較多，電器特性各不相同，阻抗時變大，很難做到阻抗匹配。電力線上存在高噪聲，各種用電設備經常開閉，就會給電力線上帶來各種噪聲，而且幅度比較大。電力線對載波造成高削減。當電力線上負荷很重時，造成對載波的高削減。因此，利用電力線載波的傳輸數(shù)據時，需要進行以下幾方面考慮：

　　1)較高的頻譜利用率，以適應電力線信道有效帶寬窄的特點。

　　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，盡可能使電力線呈現(xiàn)較高的輸入阻抗，減小對載波的衰減。

　　2 OFDM技術

　　2．1 OFDM介紹

　　OFDM(正交頻分復用)技術實際上是MCM(Multi-Carrier Modulation，多載波調制)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)據轉換成并行的低速子數(shù)據流，調制到在每個子信道上進行傳輸。正交可以通過在接收端采用相關技術來分開，這樣可以子信道之間的相互(ICI)。每個子信道上的帶寬小于信道的相關帶寬，因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以符號間。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡相對容易。

　　2．2 OFDM技術的特點

　　1)有效衰減對通信的影響

　　低壓電力線上普遍存在著選擇性衰落，而且這種衰減還具有時變性。電力線網絡中的各種不確定性因素使得網絡中經常發(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互不相關的子信道上，從而變?yōu)殡S機性的誤碼。這樣就可以利用編碼糾錯技術恢復出所傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>

　　2)抗碼間(ISI)能力強

　　在電力線信道中，由于存在多徑效應，多個在不同的路徑傳輸，所以到達接收機時會有一定時延，這就造成ISl。OFDM將高速的串行數(shù)據分割為Ⅳ個子，這樣分割后碼元的速率了Ⅳ倍。周期Ⅳ倍。同時再在碼元間加入保護間隙和循環(huán)前綴，這樣只要數(shù)字碼元周期大于延時時間就可以有效ISI。

　　3)頻譜利用率高

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

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

　　因此，采用正交頻分復用(OFDM)調制技術的芯片設計的電力載波數(shù)據傳輸能很好的解決數(shù)據傳輸中衰減大、碼間嚴重、頻譜利用率不高的應用難題。

　　3 電力載波通信模塊的設計

　　為了設計、可靠、誤碼率低的電力載波數(shù)據傳輸模塊，本課題采合微電子有限公司生產的電力載波芯片LME2980作為模塊的核心芯片。LME2980是國內OFDM低壓電力線載波芯片，針對國內電網及低壓電力線載波通信應用需求而設計，具有的技術及性能。芯片具有以下特點：

　　1)抗能力強，對電網信道具有自適應能力，通信可靠、。這主要是由于OFDM采用多個正交子載波(通常數(shù)百個甚至上千個)同時傳輸數(shù)據。

　　2)通信速率高，因而通信效率高，實時性強。OFDM典型的通信速率在幾十kbps。

　　電力載波數(shù)據傳輸模塊由LME2980芯片電路，耦合和接收濾波電路，放大濾波電路，過零檢測電路和接口電路組成。數(shù)據傳輸模塊框圖如圖2所示。

　　3．1 LME2980電力載波電路

　　LME2980內置MCU，可運行用戶定義的通信協(xié)議及應用。同時，LME2980內置模擬接收前端電路，大動態(tài)范圍自動增益接收放大器等，電路簡單，應用方案成本低，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芯片輸出的模擬進行放大，進行簡單的濾波后，由耦合電路耦合到電纜線上，電力線傳輸?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，用于來自電力線上的高頻度，從而保護內部電路。耦合和接收濾波電路如圖5所示。

　　3．4 過零檢測電路

　　過零檢測電路的功能是把工頻交流電的過零時刻以脈沖的告知載波芯片，從而為分時通信以及相位判斷提供依據。過零檢測電路如圖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

　　將設計好的電力載波數(shù)據傳輸模塊分別安裝在電力線的兩端，利用串口助手進行收數(shù)據(串口的設置為：波特率為115200、起始位為1b、數(shù)據位8b、停止位1b和無流控制協(xié)議)，模塊一發(fā)送數(shù)據：WHAT IS NAME?模塊二接收后發(fā)送：CSUST ZHangLi中沒有亂碼和產生，正常工作，如圖8所示。

　　5 結束語

　　文中通過分析電力載波傳輸信道特性和OFDM調制解調技術基本原理，選用OFDM低壓電力線載波芯片設計電力載波數(shù)據傳輸模塊，通過對模塊進行，模塊正常收發(fā)傳輸數(shù)據。

　　利用現(xiàn)有的電力線作為傳輸媒介，通過電力線傳輸數(shù)據，節(jié)省普通通信所需要的數(shù)據傳輸媒體，對于推動電力載波通信在物聯(lián)網的應用具有積極的意義。

由于PLC內部混入導電性異物或受外部異常噪音的影響，CPU失控或運算周期超過200ms，則WDT出錯，［EPROR］LED燈亮，PLC處于STOP，同時輸出全部都變?yōu)镺FF。此時可進行斷電復位，若PLC恢復正常，請檢查一下有無異常噪音發(fā)生源和導電性異物混入的情況。另外，請檢查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，請進行程序檢查。如果［EPROR］LED依然一直保持燈亮狀態(tài)時，請確認一下程序運算周期是否過長（D8012可知掃描時間）。
    如果進行了全部的檢查之后，［EPROR］LED的燈亮狀態(tài)仍不能解除，應考慮PLC內部發(fā)生了某種故障，請與廠商聯(lián)系。
    4.輸入指示
    不管輸入單元的LED燈亮還是滅，請檢查輸入開關是否確實在ON或OFF狀態(tài)。如果輸入開關的額定電流容量過大或由于油侵入等原因，容易產生不良。當輸入開關與LED燈亮用電阻并聯(lián)時，即使輸入開關OFF但并聯(lián)電路仍導通，仍可對PLC進行輸入。如果使用光傳感器等輸入設備，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運算周期短的時間內，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，會損壞輸入回路。
    5.輸出指示
    不管輸出單元的LED燈亮還是滅，如果負載不能進行ON或OFF時，主要是由于過載、負載短路或容量性負載的沖擊電流等，引起繼電器輸出接點粘合，或接點面不好不良。

通訊處理器用于把 S7-300 連接到不同的總線/通訊網絡上，以及進行點到點連接。根據應用情況和模塊的不同協(xié)議，可以提供不同的總線，如 PROFIBUS DP 或工業(yè)以太網。

通過處理器（CP）進行點到點連接是一種強大而低成本的中線替代方案。相對于總線，點到點鏈接的優(yōu)點在只有較少 (RS485) 設備需要連接到 SIMATIC S7 上時非常明顯。
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，可以實現(xiàn)多種不同的物理傳輸介質、傳輸速率，甚至可以自定義傳輸協(xié)議。
對于每個 CP，我們用 CD 光盤提供了組態(tài)包和電子手冊，以及用于實現(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)據會存儲到 CPU 的塊中，并備份。因此更換模塊時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，每個都帶有用于不同物理傳輸介質的接口。

應用