西門子PLC系統(tǒng)故障處理研究

呂家樂

摘 要：在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，各種具有較高科技含量的科學(xué)設(shè)備開始大量使用，其中就包括西門子 PLC 系統(tǒng)。西門子 PLC 系統(tǒng)運(yùn)行的正常與否，在很多時候會直接影響工作效果。因此本次通過分析西門子 PLC 系統(tǒng)的常見故障及處理策略，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：西門子;PLC系統(tǒng);故障處理

1 PLC控制系統(tǒng)的架構(gòu)

在PLC控制系統(tǒng)中，它的組成部分是CPU運(yùn)算和控制中心、存儲器、輸入/輸出接口、編程器;其中包括許多操作站，并且標(biāo)準(zhǔn)控制器和操作站的數(shù)量是相同的。在總線網(wǎng)絡(luò)中，由于操作站和控制器之間的連接，形成了一個環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)運(yùn)行是通過使用光纖作為信息傳輸?shù)拿浇閬磉B接光纖和適配器。在主網(wǎng)絡(luò)電纜中，任何操作站都是一個節(jié)點(diǎn)。因?yàn)樵谶B接總線網(wǎng)絡(luò)時，任何工作站都具有連接卡。同時，每個工作站也可以通過以太網(wǎng)相互連接。工作站還應(yīng)安裝連接卡的驅(qū)動程序系統(tǒng)和各種相應(yīng)的編程文件，不僅限于操作系統(tǒng)。控制器的主要組件是一組標(biāo)準(zhǔn)控制器。預(yù)處理控制是其主要職責(zé)。任何控制器都可以與工業(yè)總線連接。此外，所有控制器都可以使用總線連接多個遠(yuǎn)程從站，根據(jù)生產(chǎn)工藝需求，分析被控對象的復(fù)雜程度，進(jìn)行I/O點(diǎn)數(shù)和I/O點(diǎn)的類型（數(shù)字量、模擬量），適當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存容量的估計(jì)，結(jié)合市場情況等選定PLC型號。

2 PLC 的常見故障

2.1 網(wǎng)絡(luò)故障分析

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在PLC系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行階段后，初期可能會經(jīng)常導(dǎo)致操作界面異常，使初期操作站發(fā)生不穩(wěn)定情況，影響其數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸，并影響實(shí)時狀態(tài)的正常顯示，通過檢查能夠發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

運(yùn)行過程中，有可能會出現(xiàn)一部分的模擬量數(shù)據(jù)有時出現(xiàn)有時隱沒的情況，造成這種問題的原因可能是預(yù)處理控制系統(tǒng)與舊的控制系統(tǒng)發(fā)生無法正常顯示實(shí)時狀態(tài)的問題，新廠與混床控制系統(tǒng)在模擬量上的顯示則為正常。因數(shù)據(jù)不完整，并且很多模擬量數(shù)據(jù)都無法上傳，所以可以推測為工業(yè)級的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備出現(xiàn)了問題，一般考慮可能是子網(wǎng)故障導(dǎo)致通信中斷的情況出現(xiàn)。總線在工作了一段時間之后，很容易在部分子站的通信中發(fā)生故障，一般的故障表現(xiàn)就是通信中斷。

對于網(wǎng)絡(luò)故障的處理，一般是通過總線各設(shè)備的故障指示，找出發(fā)生故障的具體位置。首先，總線發(fā)生故障后，CPU的BUSF指示燈會指示為紅色，如果DP總線故障，則需要對所有的遠(yuǎn)程模塊BF指示燈進(jìn)行逐一排查，從而對故障發(fā)生的具體位置進(jìn)行確認(rèn)。如果是工業(yè)級總線發(fā)生故障，就應(yīng)該首先對光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的指示燈進(jìn)行分析，判斷具體出現(xiàn)問題的接口。找出發(fā)生故障的具體位置，然后分析故障發(fā)生的原因，通過排查設(shè)備的現(xiàn)行正確性、緊固性以及撥碼的軟件、硬件設(shè)置的一致性，還有光纖的跳線收以及連接的極性、連接的緊固性等等。

2.2 系統(tǒng)干擾分析

此套系統(tǒng)能夠?qū)芏嚯娖髟O(shè)備進(jìn)行控制，部分設(shè)備產(chǎn)生的信號能夠通過敷設(shè)的電纜被連接至PLC各I/O模件中，另外部分的信號則可以通過通信卡與控制電器設(shè)備進(jìn)行連接。

運(yùn)行的初始階段，容易出現(xiàn)的故障為部分連接電器的MCC子站通信設(shè)備故障，具體表現(xiàn)為子站離線，從而不能對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。在現(xiàn)場檢查的過程中，往往會發(fā)現(xiàn)MCC附近的電力設(shè)備在運(yùn)行的過程中，電機(jī)會傳動而產(chǎn)生電磁干擾的情況，但接口卡則處于MCC柜內(nèi)，這樣一來，電磁信號就容易對總線產(chǎn)生明顯的影響。如果將雙絞屏蔽電纜替換，改用敷設(shè)光纖線路，再次測試結(jié)果顯示，子站間的通信恢復(fù)穩(wěn)定，并且不會再次出現(xiàn)子站離線的情況。

部分的電器設(shè)備，其狀態(tài)信號線會直接連入到卡件中，運(yùn)行時容易出現(xiàn)異常顯示，表現(xiàn)為“0”或“1”的錯亂排布。通過檢查發(fā)現(xiàn)，卡件能夠正常工作，但因電器專業(yè)送來的狀態(tài)開關(guān)量信號本應(yīng)是無源的接點(diǎn)，而通過測量發(fā)現(xiàn)，狀態(tài)信號線對地都存在最高80V的電壓。

因此可以判斷，此干擾信號就是因不規(guī)范地敷設(shè)電纜而造成的，信號線和動力線均沒有合理分開，因此導(dǎo)致電壓互相干擾。實(shí)際運(yùn)行時，還有可能出現(xiàn)部分的模擬量顯示和現(xiàn)場實(shí)際的情況不符合的問題，有時誤差會非常明顯。通過對模擬量的信號線對地電壓進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，模擬量的新號端出現(xiàn)了干擾電壓，因此可以判斷，造成這一問題的原因是系統(tǒng)接地的問題。由于整個的系統(tǒng)都缺乏專用的接地網(wǎng)絡(luò)，因此系統(tǒng)存在不共地的情況，因接地的混亂而造成對測量值形成干擾。因大地電位未均勻分布的問題，造成不同接地點(diǎn)存在著地時電位不同的情況，這種混亂會使電流在環(huán)路中流通，從而干擾了信號的組成。

3 PLC控制系統(tǒng)故障處理分析

3.1 PLC控制系統(tǒng)外設(shè)故障

判斷外部故障時，可根據(jù)PLC的輸入輸出指示燈進(jìn)行判斷。當(dāng)指示器與輸入和輸出同步點(diǎn)亮?xí)r，表明發(fā)生了外部故障，也就是說，如果外部設(shè)備出現(xiàn)故障，則在更改PLC輸入后，指示器燈將同步變化。外部的故障類型主要是：繼電器和接觸器的故障。閥門和柱塞的故障;開關(guān)故障，包括限位開關(guān)和遙控轉(zhuǎn)換開關(guān);接線盒和接線端子的故障;應(yīng)檢測并排除傳感器和儀器的故障;最后應(yīng)檢查電源，地線和信號線的噪聲。逐一檢查上述各項(xiàng)，并在發(fā)現(xiàn)故障原因后及時采取措施。處理PLC控制系統(tǒng)的外圍故障時，排查時要仔細(xì)，替換的元器件要選用性能可靠安全系數(shù)高的優(yōu)質(zhì)器件。

3.2 PLC控制器內(nèi)部故障

PLC具有自診斷能力，發(fā)生模塊功能錯誤時往往能報(bào)警并按預(yù)先程序作出反應(yīng)，通過故障指示燈就能判斷，當(dāng)SF紅燈亮?xí)r，表示是系統(tǒng)故障，是SYSTEM FAULT的縮寫，檢查內(nèi)部是否尋址錯誤，是否超出編程地址區(qū)，模塊損壞是否損壞，插件是否松動等原因引起，我們可以先把PLC里的程序先清除掉，SF燈還亮，估計(jì)可能是硬件損壞;如果不亮了，則可能是程序編程有問題;若SF燈閃爍，則可以肯定是現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP通訊故障。

另外還有可能是PLC內(nèi)部輸入模塊故障、程序或電源內(nèi)部電壓異常。異常電壓可能是由電源電路的問題引起的，但不能完全確定這是電源電路的問題。當(dāng)內(nèi)部連接設(shè)備太多或輸入設(shè)備發(fā)生短路時，電源電路可能會被切斷，這是超出電源負(fù)載能力的自我保護(hù)。此時，可以切斷所有輸入設(shè)備以進(jìn)行電源電壓測量。監(jiān)控系統(tǒng)可以在線監(jiān)控PLC的整個工作狀態(tài)。程序中觸點(diǎn)的不同顏色表示不同的工作狀態(tài)，綠色表示正在訪問，紅色表示斷路?？梢酝ㄟ^輸入和輸出元素的狀態(tài)來判斷故障。當(dāng)輸入元素顯示通道狀態(tài)時，表示信號已輸入到下一層。當(dāng)輸出元件的狀態(tài)也是通道時，表示控制器中的信號已經(jīng)形成。如果輸入的輸出端子的端口異常，則只需稍稍更改端口程序即可使系統(tǒng)再次正常運(yùn)行。

4 結(jié)束語

綜上，西門子 PLC 系統(tǒng)是目前較為主流的可編程序控制系統(tǒng)，其受歡迎程度逐年增加。雖然實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)了諸多問題，但只要對此系統(tǒng)形成了充分的了解和認(rèn)識，就能夠?qū)Υ嬖诘墓收嫌卸猓Ｕ显O(shè)備正常運(yùn)行。

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