西門子PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)故障現(xiàn)象分析及處理探析

俞大俊

摘? 要：西門子PLC控制器以很高的穩(wěn)定性和可靠性，在很多工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，為了保證控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要維護(hù)人員通過故障現(xiàn)象及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障原因，將控制系統(tǒng)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。本文對(duì)PLC控制系統(tǒng)硬件故障現(xiàn)象進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)如何采用故障診斷辦法進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：PLC控制器;硬件故障;處理措施

西門子PLC控制系統(tǒng)以商務(wù)電腦作為上位機(jī)，運(yùn)行Wincc6.0組態(tài)系統(tǒng)，下位機(jī)為S7-414控制器，應(yīng)用6塊ET200M來實(shí)現(xiàn)與其它子站間的通信，經(jīng)過CP5611通訊卡來保證PLC控制器與上位機(jī)的數(shù)據(jù)交互，網(wǎng)絡(luò)間通信應(yīng)用Profibus總線技術(shù)。

1 PLC控制系統(tǒng)硬件故障現(xiàn)象與分析

1.1 PLC控制器

S7-414控制器為核心元件，可以運(yùn)行用戶編寫的控制程序，有著強(qiáng)大的自我診斷能力。運(yùn)行時(shí)故障會(huì)通過LED指示燈來提警用戶，也可以采取在線檢查PLC系統(tǒng)硬件組態(tài)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)信息來進(jìn)行判斷。400系列的PLC不同的指示燈亮起代表著不同的運(yùn)行故障，需要查看手冊(cè)來檢查相應(yīng)故障，如果控制器啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)間變長(zhǎng)，或者狀態(tài)指示燈STOP持續(xù)閃爍，表明控制器自身存在著故障，應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行維修或更錦，對(duì)電源模塊或運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行檢查。對(duì)存在故障的414控制器進(jìn)行拆卸檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，電路板金屬部件為灰黑色，存在著白色結(jié)晶體，這是由于運(yùn)行環(huán)境中含有堿成分的粉塵等物質(zhì)導(dǎo)致的，使得控制器使用壽命變短。因?yàn)殡娐钒宀捎玫脑际琴N片式，擅自維修會(huì)損壞電路板，需要送到專業(yè)的維修機(jī)構(gòu)進(jìn)行處理。

1.2通訊系統(tǒng)

利用西門子PLC控制器建立起的控制系統(tǒng)可以兼容MPI、ProfiBus和以太網(wǎng)協(xié)議，本控制系統(tǒng)通過CP5611實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與控制器間的通信，利用ET200M與其它子站控制器間的通信，通過ProfiBus總線來完成硬件連接。通信電纜需要具備較好的阻抗匹配性能，在通信線路敷設(shè)和安裝時(shí)應(yīng)該采取相應(yīng)的保護(hù)措施，防止由于使用不當(dāng)造成通信中斷。當(dāng)數(shù)據(jù)通訊存在故障，需要對(duì)PLC控制器和LED故障指示燈和通訊卡進(jìn)行檢查，核實(shí)電纜是否存在斷路，通訊插頭是否接觸良好。上位機(jī)與PLC控制器間的通訊狀態(tài)可以通過軟件進(jìn)行測(cè)試，而通訊模塊、輸入輸出模塊與PLC控制器的通讀狀態(tài)檢測(cè)可應(yīng)用硬件組態(tài)來對(duì)其進(jìn)行診斷與識(shí)別。網(wǎng)絡(luò)間的通讀狀態(tài)可以應(yīng)用專業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，可以對(duì)Profibus總線數(shù)據(jù)傳輸情況進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)故障進(jìn)行診斷與分析。ProfiTrace2可以對(duì)電纜通訊質(zhì)量、電纜通斷狀態(tài)，終端電阻等性能進(jìn)行檢測(cè)。

1.3 I/O模塊

輸入輸出模塊故障可以利用LED故障指示燈進(jìn)行初步地判斷，或者利用軟件來對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)。模擬量輸入模塊可以標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器來對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，數(shù)字量輸入模塊則采用短接法來對(duì)故障進(jìn)行斷，而模擬量輸出、數(shù)字量輸出可以將儀表接入到回路來對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。在模擬量輸入模塊回路正極安裝有保險(xiǎn)端子，模擬量輸出模塊回路串入250歐的電阻，可以防止由于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀表接線錯(cuò)誤對(duì)PLC信號(hào)通過造成損壞，如果使用環(huán)境中存較大的電磁干擾，還應(yīng)該采用隔離器對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)整。數(shù)字量輸入輸出模塊可以利用中間繼電器來進(jìn)行保護(hù)，可以防止強(qiáng)電進(jìn)入到PLC控制器造成通道損壞。

1.4電源模塊

西門子控制的穩(wěn)定運(yùn)行需要采用專業(yè)的開關(guān)電源，可以為控制提供DC24V電源。多利用西門子自帶的PS-407電源模塊，帶有故障指示燈和運(yùn)行狀態(tài)指示燈，如果電池極性接反會(huì)進(jìn)行故障提示，PLC控制系統(tǒng)中的通訊模塊和輸入輸出模塊采用該電源模塊供電，也可以對(duì)外圍的傳感器、電磁閥和中間繼電器等提供電源，該開關(guān)電源是否正常運(yùn)行與交流電供電質(zhì)量、負(fù)載等有著直接的關(guān)系，可以利用在線儀器對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)和排除。

1.5上位機(jī)

上位機(jī)利用商務(wù)臺(tái)式機(jī)，運(yùn)行Wincc組態(tài)軟件來對(duì)控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還可以設(shè)置控制參數(shù)，生成運(yùn)行曲線等。由于商務(wù)臺(tái)式機(jī)有著很高的穩(wěn)定性，不需要經(jīng)常性的維護(hù)，只需要保證用于控制系統(tǒng)上位機(jī)，做好運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與備份，定期對(duì)主機(jī)灰塵進(jìn)行清理就可以滿足使用要求。

2 PLC控制系統(tǒng)故障診斷辦法

控制系統(tǒng)經(jīng)常應(yīng)用的有智能診斷法、直接檢查法、儀器分析法以、折半查找法等。直接檢查法是最為簡(jiǎn)單的故障診斷方法，可以根據(jù)上面論述的故障現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比，該種方法雖然簡(jiǎn)單直接，但需要維修人員具備足夠的經(jīng)驗(yàn)。

折半查找法，需要對(duì)PLC控制系統(tǒng)十分熟悉，可以有針對(duì)性將故障范圍進(jìn)行縮減，更快地確定故障位置。比如，上位機(jī)在運(yùn)行過程中存在著臨測(cè)界面數(shù)據(jù)變成灰色，數(shù)據(jù)反應(yīng)遲滯，執(zhí)行機(jī)構(gòu)無法及時(shí)調(diào)整等。在對(duì)故障進(jìn)行處理時(shí)，需要將CP5611通訊卡作為故障診斷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，識(shí)別故障是由上位機(jī)還是PLC控制器導(dǎo)致?？梢詫⑽鏖T子編程軟件的診斷窗口打開來對(duì)軟、硬件進(jìn)行診斷，如果沒有發(fā)現(xiàn)診斷結(jié)果，可以判定故障在PLC控制器。

對(duì)比替換法也比較常用，采用不存在故障的功能模塊、信號(hào)源等來替換，通過替換對(duì)比來對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行判。當(dāng)檢測(cè)到某運(yùn)行信號(hào)存在異常，應(yīng)該將線路改接到相近數(shù)據(jù)通過進(jìn)行檢查。如果輸入輸出模塊存在異常，而無法準(zhǔn)確對(duì)故障原因進(jìn)行識(shí)別與判斷，可以利用該法進(jìn)行嘗試。

邏輯分析法是通過對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行深入地對(duì)比觀察，通過推理和分析得出相應(yīng)的故障結(jié)論。比如，在PLC實(shí)際運(yùn)行過程中，上位機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榛疑瑪?shù)據(jù)存在著延遲等現(xiàn)象，而控制器的BUS1F指示燈被點(diǎn)亮。ET200M通訊查獲塊中的BF指示燈也被點(diǎn)亮。由于該控制系統(tǒng)應(yīng)用相同的DP總線方式，把PLC控制器數(shù)據(jù)連接頭內(nèi)的終端電阻設(shè)置到ON位置，將上位機(jī)接頭斷開，故障報(bào)警還繼續(xù)存在?？梢詫T200M通訊模塊數(shù)據(jù)連接頭終端電阻將每個(gè)站號(hào)都拔到ON位置，如果拔到對(duì)應(yīng)故障站號(hào)時(shí)，ET200M通訊模塊故障指示燈熄滅，而PLC控制器BUS1F燈還處于點(diǎn)亮狀態(tài)，那么可以判斷該站號(hào)對(duì)應(yīng)的ET200M模塊可能存在運(yùn)行故障，將該通信模塊更換以后，通訊系統(tǒng)可以恢復(fù)正常的數(shù)據(jù)交互。

儀器檢測(cè)方法多用于對(duì)PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)情況進(jìn)行識(shí)別與診斷，通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與分析，可以將故障范圍縮小，有效地提高故障排除效率?？刂葡到y(tǒng)的接地狀態(tài)可以通過專用的電阻測(cè)試儀來完成，識(shí)別接地電阻能否達(dá)到安全運(yùn)行的要求，并采取相應(yīng)的措施來進(jìn)行處理。智能診斷法是應(yīng)用西門子S7編程軟件自帶的硬件診斷功能，與PLC控制器進(jìn)行連接，對(duì)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)的信息進(jìn)行識(shí)別與診斷，再參考幫助文件內(nèi)容對(duì)其做出處理。

3結(jié)束語

PLC控制系統(tǒng)是通過軟件、硬件結(jié)合成的有機(jī)整體，每個(gè)環(huán)節(jié)存在問題都會(huì)影響系統(tǒng)的功能，會(huì)使部分功能無法按著程序設(shè)計(jì)要求來運(yùn)行，嚴(yán)重情況下會(huì)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)受損，正常的生產(chǎn)無法得到保障。維護(hù)人員應(yīng)該對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行深入的認(rèn)識(shí)，可以從故障現(xiàn)象中判斷出誘發(fā)原因，再利用不同的故障診斷方法及時(shí)排除故障，將控制系統(tǒng)恢復(fù)原來的功能。

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