西門子PLC在工廠應(yīng)用中常見的問題及處理

摘 要：西門子PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，由于其具有靈活性、精確性、成本較低等特點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域扮演著重要的角色，但由于工作環(huán)境的復(fù)雜性，西門子PLC受到的干擾較多，日常應(yīng)用中會遇到各種問題，文章從西門子PLC控制器的基本構(gòu)成、應(yīng)用領(lǐng)域、應(yīng)用特點(diǎn)、常見問題著手研究，并有針對性的提出處理措施，以提升其應(yīng)用的可靠性，滿足工業(yè)電氣控制的各種要求。

關(guān)鍵詞：西門子；PLC；應(yīng)用；問題；處理

中圖分類號：TP332 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）12-0105-02

PLC的集合了信息化、微電子、數(shù)字化等多項先進(jìn)技術(shù)，已經(jīng)從以往的接線邏輯發(fā)展到存儲邏輯，功能也變得更加靈活、強(qiáng)大，可以是適應(yīng)與工業(yè)控制的大、中、小規(guī)模的需要，并且由于其使用的精確性和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，使工業(yè)控制的水平得到了極大的提升。以西門子PLC為代表的電氣控制技術(shù)，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)交互、數(shù)字化和模擬量的集成，可以承擔(dān)運(yùn)動控制、集散控制和過程控制等多種不同的要求，已經(jīng)成為工業(yè)控制的主流設(shè)備。但是由于工作環(huán)境的復(fù)雜性，西門子PLC在應(yīng)用中也遇到了不同的干擾與問題，影響其效能的發(fā)揮，給電氣控制的精度和可靠性都帶來了一定的考驗，因而研究西門子PLC在工廠應(yīng)用中的常見問題，并提出相應(yīng)的解決手段，具有積極的意義。

1 西門子PLC的構(gòu)成及應(yīng)用特點(diǎn)

1.1 西門子PLC可編程序控制器的基本構(gòu)成

西門子PLC可編程控制器主要包含6個部分：其一，CPU模塊，主要功能是實現(xiàn)信號的采集，根據(jù)用戶的編制程序來操作，由于其中含有微處理器和存儲器，因而可以根據(jù)不同的程序和數(shù)據(jù)要求來執(zhí)行動作；其二，模擬量與數(shù)字量的輸入輸出模塊，針對模擬量和數(shù)字量的信號，可以通過按鈕、電位器、發(fā)電機(jī)、開關(guān)、變送器等來進(jìn)行輸入，而數(shù)字量輸出模塊可以控制報警裝置、閥體和接觸器等；其三，電源模塊，一般是將220 V的交流轉(zhuǎn)變?yōu)?4 V的直流，給背板總線提供5 V的直流電；其四，通信模塊，其主要的作用是用于遠(yuǎn)程I/O接口、計算機(jī)設(shè)備之間的通信，可以將PLC信息傳遞到處理系統(tǒng)中；其五，編程設(shè)備：以STEP7軟件為基礎(chǔ)，實現(xiàn)程序的編寫，上、下載；其六，接口模塊：用以擴(kuò)大PLC的容量，并且給擴(kuò)展提供電源。

1.2 西門子PLC的應(yīng)用特點(diǎn)

西門子PLC的應(yīng)用安裝特點(diǎn)主要集中在安裝與布線、穩(wěn)定性好、I/O接線等方面：①安裝與布線，需要對控制線、動力線和I/O線分別配線，采用雙膠線隔離變壓器和PLC的連接，輸入與輸出線采用分開走的形式，模擬量和開關(guān)量分開敷設(shè)，輸出線原理高壓線和動力線，避免并行，直流輸出線和交流輸出線不在同一根電纜內(nèi)；②穩(wěn)定性好，抗干擾的能力強(qiáng)，并且由于使用方便，易于維護(hù)，能夠確保應(yīng)用的可靠性，也比較容易升級改造；③I/O接線，PLC的輸出元件封裝在電路板上，使用電感性負(fù)載需要合理選擇，輸入輸出線不在同一根電纜上，編制的梯形圖和繼電器原理圖相互同步，同一組中的輸出電壓是相同類型的。

2 西門子PLC在工廠的應(yīng)用

西門子PLC在國內(nèi)外的廣泛涉及到化工、電力、制造、鋼鐵、運(yùn)輸、環(huán)保、文娛等領(lǐng)域，幾乎涵蓋了現(xiàn)代工業(yè)的所有領(lǐng)域，作為電氣控制的主流應(yīng)用，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 閉環(huán)過程控制

西門子PLC的閉環(huán)過程控制主要針對流量、溫度、壓力、液位等持續(xù)性變化的模擬量，經(jīng)過數(shù)字量和模擬量的轉(zhuǎn)化，CPU通過算法程序來處理模擬量，進(jìn)行閉環(huán)控制，一般要用到PID的調(diào)節(jié)方法，而閉環(huán)控制主要有積分、比例、微分三大形式的組成部分。

2.2 數(shù)據(jù)處理

西門子PLC的應(yīng)用集成了多項功能，可以實現(xiàn)諸如數(shù)據(jù)傳遞、處理、函數(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、查表、排序等操作，通過輸入模塊采集數(shù)據(jù)信息，然后經(jīng)過軟件分析處理，實現(xiàn)大型化的控制過程，廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、冶金等方向。

2.3 開關(guān)量邏輯控制

傳統(tǒng)的邏輯控制電路方式的繼電器具有較為復(fù)雜，相應(yīng)緩慢的特點(diǎn)，而開關(guān)量邏輯控制可以實現(xiàn)順序控制和數(shù)字量的控制，能夠應(yīng)用于單臺設(shè)備和多機(jī)聯(lián)合等方向，受到的限制條件較少，已廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)。

2.4 通信聯(lián)網(wǎng)

特別是現(xiàn)代控制注重系統(tǒng)化的生產(chǎn)方式，遠(yuǎn)程控制、信息控制中心的理念已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，而西門子PLC的通信模塊可以實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)對接，與計算機(jī)、數(shù)控設(shè)備、變頻器等實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，方便遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，為PLC控制的自動化做出了極大的貢獻(xiàn)。

3 西門子PLC在工廠應(yīng)用中常見的問題

西門子PLC由于較好的通用性，一般不需要經(jīng)過特殊的處理就能直接應(yīng)用于工廠中，給工業(yè)生產(chǎn)的自動化做出了突出的貢獻(xiàn)，但是，工廠的生產(chǎn)環(huán)境多變，惡劣，各種干擾因素的存在都給PLC的穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行帶來了影響，如果使用或安裝不合理，都會導(dǎo)致程序運(yùn)算的錯誤，導(dǎo)致誤操作，輕者影響生產(chǎn)線進(jìn)度，嚴(yán)重的還會引發(fā)安全事故，因而分析其常見的問題引發(fā)因素具有現(xiàn)實意義，而常見的問題歸結(jié)為以下兩大類：

3.1 工作環(huán)境引發(fā)的問題

工作環(huán)境是多項因素的集合，主要包括溫度、濕度和震動、電源、空氣，都會導(dǎo)致PLC運(yùn)行的故障或異常：①溫度，工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境溫度有的過低，有的過高，并不能保證PLC處于正常的環(huán)境要求，而西門子PLC的工作溫度一般介于0～55 ℃之間，當(dāng)設(shè)備的發(fā)熱量大傳遞到PLC元器件上時，就會導(dǎo)致設(shè)備的異常，尤其是通風(fēng)不佳、密閉的空間內(nèi)，容易出現(xiàn)問題；②濕度，西門子PLC的工作狀態(tài)需要保持絕緣性，空氣的濕度必須<85%，但實際的工作環(huán)境并不能完全保證此類要求，特別是在化工、石油等工業(yè)領(lǐng)域中，濕度經(jīng)常有超標(biāo)的可能，甚至還有凝露的現(xiàn)象，容易引發(fā)故障；③震動，機(jī)械設(shè)備的震動在工業(yè)領(lǐng)域不可避免，PLC設(shè)備由于表較小，容易產(chǎn)生共振，影響設(shè)備的穩(wěn)定性，尤其是頻率處于10～55 Hz的連續(xù)或間歇性的震動容易引發(fā)PLC的故障問題；④空氣，特別是化工行業(yè)，如遇到具有高強(qiáng)度的腐蝕性氣體，或者是細(xì)小的粉塵顆粒，容易對電路板產(chǎn)生腐蝕、電路破壞等問題，導(dǎo)致PLC失去工作能力。

3.2 控制系統(tǒng)中的干擾

電磁干擾作為影響西門子PLC穩(wěn)定工作的最為直接的因素，嚴(yán)重的會導(dǎo)致PLC工作的紊亂，導(dǎo)致誤操作，其引發(fā)的問題分析一般集中在共模干擾和差模干擾兩類，由于西門子PLC系統(tǒng)的供電來源于電網(wǎng)，但電網(wǎng)受到空間電磁干擾的情況普遍，線路上的感應(yīng)電壓干擾，大的電感性負(fù)載、高壓電器、布線混亂等都會對PLC形成干擾，期間內(nèi)部的元件和電路間的不匹配會導(dǎo)致較為嚴(yán)重的電磁輻射現(xiàn)象，模擬電路和邏輯電路的影響產(chǎn)生的相互影響就是明顯的例子。而變頻器在啟動和運(yùn)行中的諧波傳導(dǎo)干擾，引起電壓畸變，并隨之產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾，都會影響設(shè)備的運(yùn)行能力，強(qiáng)電干擾和變頻器的干擾是比較常見的問題。

4 西門子PLC在工廠應(yīng)用中的處理措施

4.1 工作環(huán)境的應(yīng)對措施

在復(fù)雜的工作環(huán)境中，濕度、溫度、震動、空氣等都會引發(fā)問題，因而針對這些采取專門的改善措施十分必要，例如，在處理濕度問題時，可以考慮將PLC裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，而放置在空調(diào)房內(nèi)，保證濕度適宜；針對溫度問題，則加強(qiáng)通風(fēng)設(shè)備的安裝，并且要避免將西門子PLC安裝在發(fā)散嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)附近，避免傳熱嚴(yán)重；在處理震動問題時，給西門子PLC系統(tǒng)加裝減震膠，有效弱化其他設(shè)備傳遞出來的震動；處理電源的干擾時，安裝屏蔽層的隔離變壓器，減少電源干擾；在處理空氣腐蝕問題時，將PLC系統(tǒng)置于密封性好的控制柜內(nèi)，減少與工作空氣的接觸，隔絕腐蝕性氣體。

4.2 抗干擾措施

西門子PLC系統(tǒng)的抗干擾措施主要可以分為以下幾個方面：其一，抑制電網(wǎng)與電源的干擾，減少設(shè)備與地之間的干擾，在電源輸入端可以串接LC濾波器，使用屏蔽設(shè)備將電網(wǎng)的干擾隔離起來，減少對設(shè)備的影響；其二，RS485網(wǎng)線和電源線、動力線與控制線要分別配線，線槽分開，并且一一對應(yīng)，PLC柜原理動力線，接觸器的線圈和大功率的繼電器要并聯(lián)RC消弧電路；其三，I/O接線的措施分為輸入和輸出接線，其中輸入接線不能過長，輸入輸出的線不能放置在同一根電纜之中，盡量分開，繼電器與梯形圖的原理圖應(yīng)對應(yīng)一致，盡量采用常開觸點(diǎn)形式連接到輸入端，輸出接線分為公共輸出和獨(dú)立輸出，不同的組別要對應(yīng)不同類型的輸出電壓，而同組中必須采用一致的電壓類型，采用繼電輸出要加裝隔離繼電器，以免電感性負(fù)載影響到繼電器的使用壽命；其四，完善接地系統(tǒng)，并正確的選擇接地點(diǎn)，西門子PLC控制系統(tǒng)的底線包含了保護(hù)地、屏蔽地、交流地等內(nèi)容，接地系統(tǒng)的不合理容易給各個接地電阻的電位帶來消極影響，由于存在電位差，導(dǎo)致工作的紊亂，信號與屏蔽接地時遵循唯一參考地的原則，系統(tǒng)接地時控制接地的電阻值，將柜體和電源線接地端連線為安全接地，減少不同接地點(diǎn)的點(diǎn)位混亂情況；最后，抑制變頻器的干擾，使用濾波器將設(shè)備的干擾傳導(dǎo)給電源，并吸收尖峰電壓，加裝隔離變壓器，針對電源傳導(dǎo)干擾，將大多數(shù)的干擾阻擋在隔離變壓器之前，采用輸出電抗器，在電動機(jī)和變頻器之間增加交流電抗器，可以減少電磁輻射，以免對PLC設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)生消極影響。

5 結(jié) 語

西門子PLC控制系統(tǒng)在我國的各個行業(yè)都有廣泛應(yīng)用，但由于工作環(huán)境和干擾因素的存在，有時會導(dǎo)致PLC控制的紊亂，給生產(chǎn)帶來質(zhì)量問題和安全問題，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，因而研究西門子PLC在工廠中的應(yīng)用特點(diǎn)和常見的問題，并針對性的提出改善的措施，對于提升西門子PLC工作的穩(wěn)定性和可靠性具有積極的作用，可以有效提升工業(yè)控制的水平和經(jīng)濟(jì)效益，相關(guān)研究成為行業(yè)的熱門課題。

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