S7-300 PLC硬件故障及處理

代永光

作者通聯：建新水泥制品有限公司信息中心 黑龍江牡丹江市 157041

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1.設備概況

建新水泥廠一號窯于1999年投產，窯型為日產2000t的窯外分解窯。為了對入廠石灰石實行均化，配套了一間圓盤形石灰石均化庫，均化庫內堆取料機的主要電氣設備有堆料皮帶電機、堆料回轉電機、變幅液壓電機等，取料機的主要電氣設備有刮板電機、兩個行走電機、兩個調車電機及料耙液壓電機等。堆料皮帶將外進石灰石按順時針方向沿0°～120°堆料（在自動堆料情況下也可以在觸摸屏上，按照均化庫內物料堆放情況在0°～120°任意設置堆料角度），并且可以上下俯仰以實現斜坡堆料。取料機也沿順時針取料，將料耙左右運動，使耙下的物料由刮板刮到均化庫中央，由皮帶輸送至石灰石中間庫。從1999年運轉至今，該堆取料機的耙車液壓部分和堆料機液壓部分均已損壞，而且電控部分故障頻繁，已無法正常為一號窯提供原石。2009年8月對該堆取料機進行了改造，機械部分更換堆取料機原有的液壓系統。電氣部分保留全部的電機及減速器部分，拆除原有的電控柜及操作臺，更換為大連力科自動化有限公司為本次改造生產的電控柜及操作臺，選用西門子公司的S7-300PLC，相關硬件及MPI地址、輸入、輸出地址見表1。本次工程選用的CPU 313C是一種緊湊型CPU，集成數字量和模擬量輸入/輸出可實現與過程的直接連接。此外，可以使用與過程處理相關的功能：計數、頻率測量、PID控制。從表1中可以看到該CPU本身自帶24個DI點、16個DO點、5個AI通道、2個AO通道、并有3個計數通道。改造中使用了1個計數通道，將和堆料機同步轉動的編碼器（型號為：10-15631_R-1024）的脈沖信號輸入計數通道內，通過CPU內的SFB47計數功能塊的運算，將堆料機回轉時的角度運算出來，以此控制堆料機布料方向和角度。改造完成后，較好地實現了石灰石的布料及均化工作。但在使用過程中遇到了一些故障，現介紹如下，以供參考。

表1 PLC硬件表

表2 部分程序塊和輸入信息表

2.故障及處理

（1）故障1。操作臺上的觸摸屏（型號為GP2501-TC41-24V）出現“堆皮帶空開未合”等6條故障信息，對應表2中I125.0至I125.5等6個DI點?，F場發現，報警信息中提到的6個空開均在合閘位置，其輔助接點也均閉合良好，已經將DC 24V電源送入這6個DI點內。DI點在模件上對應的狀態燈也是綠燈，拉開某一個空開時對應的模件上的狀態燈也熄滅。但6個報警卻始終無法消除，初步判定為硬件故障。聯系廠家工程師到現場后，使用一臺安裝有西門子公司STEP7軟件的筆記本電腦，對CPU內程序做實時監控。發現上述6個空開合閘時，雖然模件上的綠燈可以正常點亮，但是在程序中6個常閉接點狀態未發生改變。針對上述情況可以判定，硬件發生故障。為保證正常開車，將程序中6個空開未合故障的常閉接點，改為常開接點強行屏蔽了該故障。

（2）故障2。在發生上述故障不久后，又出現了堆料機轉動時，觸摸屏無角度顯示的故障現象。現場檢查發現堆料機左右回轉時，計數模件狀態燈并未點亮，懷疑為編碼器損壞。完好的編碼器，當接上DC 24V電源后，轉動轉軸，在脈沖計數線端和24V負極之間，用數字萬用表可測到脈沖直流電壓在10～11V。經測試發現編碼器已損壞。換上新訂購的一臺編碼器后開啟堆料機，手動轉動編碼器轉軸，模件狀態燈可以點亮，但觸摸屏上仍然沒有角度顯示。聯系廠家工程師到現場，用筆記本電腦監控程序，開啟堆料機，手動轉動編碼器轉軸程序內部的SFB47計數功能塊狀態并不發生改變。可以判定計數模件通道0已損壞。又對通道1及通道2進行了測試，均無法顯示角度變化，所以無法實現自動堆料。由于故障1中所述損壞的模件也在CPU自身所帶的模件之中，因此又重新訂購一臺CPU313C，安裝后將前文所述修改過的6個空開未合故障接點，重新改為常閉接點，將編碼器也安裝好后開車一切正常。

在查找故障的過程中，發現西門子控制器的DC 24V電源負極和柜體的金屬框架是連通的（24V的負極接地）。這樣的接線方式在三相五線制中，可以更好地保護模件。但在堆取料機現場，由于堆取料機整體為金屬，而且經常使用電焊機，可能造成高電壓侵入24V電源，從而造成模件的損壞。于是將CPU313C后部的鋁片拆下，將DC 24V電源的負極和配電柜的接地分開，來避免這種情況的發生，從而起到保護模件的作用。