西門子PLC系統(tǒng)硬件故障的分析與處理

張文慧

【摘 要】隨著技術(shù)的不斷成熟，PLC系統(tǒng)的功能也得到了完善。與此同時，一些硬件故障的問題依然存在于實際的生產(chǎn)中，影響著系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮。結(jié)合實際經(jīng)驗可知，西門子S7-400PLC系統(tǒng)常見的硬件故障有一定的規(guī)律可循。對常見的硬件故障采取一些恰當?shù)姆婪洞胧┖吞幚泶胧?，能夠保障PLC系統(tǒng)的良好運轉(zhuǎn)。

【關(guān)鍵詞】西門子PLC系統(tǒng) 硬件故障 診斷與分析 處理方法

隨著工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，西門子PLC系統(tǒng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。作為數(shù)字電子裝置，其內(nèi)部的硬件對整個系統(tǒng)的運作狀況起著非常重要的影響。一旦出現(xiàn)硬件故障，則系統(tǒng)無法保持穩(wěn)定連續(xù)的自動化操作。本文結(jié)合西門子PLC系統(tǒng)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，對硬件故障的表現(xiàn)和成因進行了簡單的分析，并提出了相應(yīng)的解決辦法。

1 西門子PLC系統(tǒng)的概況

1.1 PLC系統(tǒng)的概況

PLC系統(tǒng)包含著一系列復雜的運算程序，從邏輯運算，到順序控制、時間順序、計數(shù)和算數(shù)運算，形成一個自動處理數(shù)據(jù)的完整流程。因此，只要將符合條件的指令輸入到存儲器中，就能夠通過模擬、數(shù)字等輸入和輸出軟件進行控制，控制的內(nèi)容不僅包含了機械設(shè)備，也涉及到整個生產(chǎn)的過程。一般來說，典型的PLC系統(tǒng)包括CPU模塊、電源模塊和一些I/O模塊，而這些模塊又通常被安裝在一塊背板上。遵循著簡單方便的原則，PLC系統(tǒng)在多年來的發(fā)展與進步中保持著人性化設(shè)計的方向。因此，盡管現(xiàn)代的PLC系統(tǒng)在功能上已經(jīng)得到了較大的完善，但是操作依然簡單便捷，并不因此而復雜艱難。總的來說，PLC系統(tǒng)由于體積較小，需要的安裝空間不大，所消耗的能源較少。根據(jù)生產(chǎn)的實際情況，如果在基本的控制功能之外還需要加入一些特定的其他功能，則可以在背板上加入可選的特殊功能模塊，將所需的程序設(shè)計進去。

1.2 PLC系統(tǒng)的優(yōu)點

西門子PLC系統(tǒng)作為可編程邏輯控制器，具有自動化程度高、操作方便、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，因此得到了不同行業(yè)生產(chǎn)的接納與推廣使用。將PLC系統(tǒng)用于工業(yè)生產(chǎn)，能夠有效提高工業(yè)生產(chǎn)的自動化水平，從而極大的提高生產(chǎn)的效率。PLC系統(tǒng)主要的作用分為開關(guān)量控制、限時控制、數(shù)量控制、步進控制幾大類，以及相應(yīng)的計算處理作用，如數(shù)據(jù)處理、模擬量處理、通訊和互聯(lián)網(wǎng)處理等等。根據(jù)具體使用需要的不同，往往在設(shè)計和制造PLC系統(tǒng)的時候可能會存在著結(jié)構(gòu)、形狀、大小、種類等不同。但總的來說，幾乎所有的PLC系統(tǒng)都有一些共同的特點。除了投運周期短、造價便宜等優(yōu)點之外，PLC最大的優(yōu)點是控制系統(tǒng)的簡單快捷[1]。

2 西門子PLC系統(tǒng)的硬件故障分析與處理

2.1 PLC系統(tǒng)硬件故障的識別

西門子PLC系統(tǒng)具有較強的穩(wěn)定性，抗干擾的能力也很強，這也就是說一般來說系統(tǒng)出現(xiàn)故障的幾率比較小。如果出現(xiàn)問題，則主要是分為硬件上的故障和內(nèi)部的故障。所謂內(nèi)部故障，多指的一些軟件上的問題。例如編輯的程序出現(xiàn)問題或者發(fā)生功能性的錯誤。而硬件故障則主要是由于系統(tǒng)零件出現(xiàn)問題而導致整個控制系統(tǒng)無法正常工作的情況。對于不同的故障類型，在具體的維修措施上有所不同。因此，當發(fā)現(xiàn)故障的時候，首先應(yīng)該分清故障出現(xiàn)在哪一個具體的部位、是屬于什么類型的故障，才能夠進行下一步的維修處理。利用指示燈的功能，可以比較清楚的檢測出故障的類型和所在。如果確定故障是屬于硬件方面的，則應(yīng)該進一步確定故障是發(fā)生在I/O模塊還是控制器上。系統(tǒng)外部的設(shè)置包括了很多產(chǎn)品：接觸器、繼電器；安全保護開關(guān)、遠控轉(zhuǎn)換開關(guān)、限位開關(guān)等；電源、地線等；傳感器、接線盒、儀表等。這些零件中任何一個部位都可能是引發(fā)硬件故障的原因，需要具體問題具體分析。這些故障主要是屬于系統(tǒng)外設(shè)的故障[2]。

2.2 處理硬件故障的注意事項

就硬件故障來說，PLC系統(tǒng)主要是通過發(fā)揮系統(tǒng)自身的診斷功能來進行檢測。最新的PLC控制系統(tǒng)已經(jīng)能夠自動診斷出大多數(shù)的硬件故障。但是對于一些比較精細復雜的問題仍然需要人工操作，才能夠有效解決。

PLC系統(tǒng)自我診斷有一套比較固定的流程。首先是進行整體的檢查，依次檢查電源、運行燈、輸入和輸出接口等處是否正常工作。根據(jù)檢查的具體結(jié)果作進一步的細致檢查，比如電源燈不亮的話則應(yīng)考慮為電源出現(xiàn)問題。接下來則對電源的接口、線路是否出現(xiàn)故障等問題進行仔細的排查，直到找出問題的根源。如果以上內(nèi)容都處于正常工作的狀態(tài)，則應(yīng)對微處理器進行檢查或更換。其次，還要對PLC系統(tǒng)的外部運行環(huán)境進行檢查。由于電子系統(tǒng)對環(huán)境十分敏感，空氣的濕度、清潔度、周邊溫度等因素都會直接影響PLC控制系統(tǒng)的運行情況。因此，對腐蝕性物質(zhì)、周邊環(huán)境的細致檢查也是分析硬件故障的必要環(huán)節(jié)之一。

有時看似軟件故障的問題也可能包含著硬件的故障，需要進行綜合處理。如果設(shè)備應(yīng)用程序出錯，除了考慮網(wǎng)絡(luò)故障或者信號干擾故障之外，還應(yīng)考慮到控制器的電路系統(tǒng)是否正常。這時可以重新輸入備份程序，如果系統(tǒng)立即恢復正常運行，則說明是程序系統(tǒng)的故障；如果沒有恢復，則應(yīng)當認真檢查單片機系統(tǒng)是否出了問題。很有可能就是部分電路或者相關(guān)的元件發(fā)生了損壞，才導致了故障。如果是因為鎖存器芯片損壞了引發(fā)的故障，則需要更換一塊同樣型號、同樣功能的芯片。為了保證PLC的運轉(zhuǎn)，也需要對軟件系統(tǒng)進行檢測和維修。要注意常見的網(wǎng)絡(luò)故障和信號干擾問題，及時檢查電氣設(shè)備的狀態(tài)。對于易磨損的硬件設(shè)施，應(yīng)該定期進行清理和檢查，及時更換老舊的元件。另外，還需積累一些關(guān)于常見的硬件故障的處理經(jīng)驗。例如，當運行燈不亮時，可以采取這些方法：更換程序；檢查電源線路是否正常；更換CPU單元，并修改I/O單元號等等。雖然經(jīng)驗不完全保證準確，但是卻能夠減少維修的時間，節(jié)約更多的人力物力。在檢查分析硬件故障的時候也要講究方法，盡可能快速的找到問題根源，采取有效措施。除了直接進行檢查，還可以采用逐步縮小檢查范圍的方法來鎖定故障的位置，這一方法能有效避免重復，且檢查的結(jié)果比較精確；或是采取對比替換法檢查元件的狀態(tài)，一經(jīng)對比有問題的元件就會立刻顯現(xiàn)出來。再或者可以利用專業(yè)的檢測儀器來進行硬件故障的分析和處理[3]。

2.3 PLC系統(tǒng)硬件故障的分析與處理

上文已經(jīng)對如何檢測歸類PLC系統(tǒng)故障、如何全面采取措施預防和處理硬件故障兩個問題進行了詳細的敘述。下面本文將結(jié)合實際使用中的具體情況，來逐條分析PLC系統(tǒng)的硬件故障及處理辦法。

（1）控制器。如果是控制器發(fā)生故障，則可能是輸入模塊或者是電壓出現(xiàn)異常。電壓的異?？梢酝ㄟ^測量兩端的電壓判斷出來。為了保證電壓故障檢測的正確性和安全性，應(yīng)該首先關(guān)閉相關(guān)的輸電設(shè)備，再進行電壓檢測。而輸入模塊的故障則需要在系統(tǒng)自動檢測的基礎(chǔ)上，讓專業(yè)檢修人員采取進一步的措施才能夠得到比較正確的檢測。系統(tǒng)自動檢測主要是利用梯形圖監(jiān)控PLC系統(tǒng)的運行狀態(tài)。如果指示燈顯示出現(xiàn)故障，則進一步分析到底是輸入接口還是輸出接口出現(xiàn)問題。發(fā)現(xiàn)問題端口之后，改動相應(yīng)程序恢復正常運行。然后再由人工對端口進行維修或者更換。（2）電源。PLC系統(tǒng)本身的電源部件需要將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，如果電源出現(xiàn)問題，首先應(yīng)考慮是否部件的壽命已經(jīng)到期。正常的電源部件需要5年一換，如果是部件的問題，則重新更換完全一樣的部件即可。其次應(yīng)該考慮過電流引起的熔絲熔斷，而引發(fā)過電流的原因又可分為CPU和I/O單元內(nèi)部的部件發(fā)生故障，或者是觸碰到金屬而導致電路短路。然后還應(yīng)該考慮是否電壓不穩(wěn)而造成電源無法正常使用。（3）I/O卡件。首先應(yīng)檢查總線插座是否連接良好，接口處是否完好。如果經(jīng)過判斷發(fā)現(xiàn)I/O卡件出現(xiàn)故障，則可以更換通道或是用備用卡件更換。內(nèi)部元件的老化和陳舊可能會導致卡件無法正常工作，而對卡件內(nèi)部進行檢修比較困難，直接更換卡件更為快捷高效。同時需注意I/O連線走向的問題，盡量避免與其他線路出現(xiàn)重疊[4]。（4）通訊卡件。通訊卡件能夠確保PLC系統(tǒng)內(nèi)部信息傳達的暢通。首先通訊卡件的線路出現(xiàn)問題的話，則通訊系統(tǒng)也會隨著出現(xiàn)故障。其次，接頭處的連接也會影響通訊效果?？偟膩碚f，如果通訊卡件出現(xiàn)故障，則應(yīng)該進行更換。但需要注意的是更換以后的通訊卡件應(yīng)該重新設(shè)置通訊參數(shù)，否則不能恢復正常的通訊。（5）以太網(wǎng)交換機。作為連接計算機網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵元件，以太網(wǎng)交換機承擔著重要的輸入輸出作用。對于以太網(wǎng)交換機的各處接口應(yīng)當首先進行仔細檢查，如果接觸不良，則不能正常使用。如果接線和接口都沒有問題，則應(yīng)考慮是否因為接口壞掉而無法使用。再然后則應(yīng)該考慮交換機內(nèi)部的元件是否有老舊退化的現(xiàn)象，進而詳細排查。對于能夠維修的元件課維修也可更換，但注意更換時必須使用同一型號、同樣規(guī)格的替換元件。如果交換機無法維修，則可以直接更換一個新的。

3 結(jié)語

以上是西門子PLC系統(tǒng)中常見的幾個硬件故障，通過分析可以得出一般的解決措施為：當發(fā)生硬件故障時，首先需要及時檢測出故障所在，然后需要排查出現(xiàn)問題的元件，進而維修或更換部件。

參考文獻：

[1]趙愛軍.西門子PLC系統(tǒng)硬件故障的分析與處理[J].儀器儀表用戶，2012（05）：83-84+79.

[2]郝睿.西門子PLC系統(tǒng)硬件故障的分析與處理[J].電子制作，2014（09）：46.

[3]孫慧.西門子PLC系統(tǒng)常見故障分析[J].化工自動化及儀表，2014（09）：1101-1102.

[4]張仲鋒.西門子PLC自動控制系統(tǒng)故障現(xiàn)象分析及處理[J].中華紙業(yè)，2015（08）：48-50.