西門子PLC控制系統工作原理及常見故障分析

周政偉

摘 要：隨著社會經濟發展速度的不斷提升及科學技術的快速發展，可編程序控制器在各行各業得到了廣泛地應用與推廣。西門子PLC控制系統能否正常運行對企業發展至關重要。為此，本文主要對西門子PLC的概況、工作原理及PLC S7—200常見故障及解決措施進行了分析與探究，以期為企業可持續發展提供可靠地技術保障。

關鍵詞：西門子PLC控制系統；西門子PLC S7—200；故障分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.135

1 西門子PLC的概況及工作原理

在我國冶金、化工、印刷生產線等領域德國西門子（SIEMENS）公司生產的可編程序控制器得到了廣泛地應用。LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等為西門子（SIEMENS）公司PLC產品的主要類型。其中西門子S7系列PLC具有小體積、速度快、標準化等特點，與其他類型相比，S7系列PLC網絡通信能力與功能將為強大，并具備較高可靠性。S7-200（微型PLC）、S7-300（小規模性能要求的PLC）和S7-400（中、高性能要求的PLC）等為S7系列PLC產品的重要組成部分。伴隨現代化生產發展需求，可編程控制器應運而生。通常情況下，可編程序控制器可從三個角度進行分類，分別為控制規模、控制性能與結構。在投入使用PLC后，其工程流程主要包含采樣輸入、用戶程序執行與輸出刷新。以上流程完成后可稱為一個掃描周期。在整個運行過程中，以一定的掃描速度PLC內CPU可重復執行以上流程。其工作流程具體如下：

1.1 采樣輸入

在采樣輸入環節，以掃描方式PLC按照順序將全部輸入狀態、數據讀入，并在I/O映象區的一定單元中存儲。完成采樣輸入工作后，即可進行用戶程序執行和輸出刷新工作。在以下2個環節，如輸入狀態和數據出現改變，則不會影響I/O映象區內一定單元的狀態和數據。

1.2 用戶程序執行

PLC在用戶程序執行環節，可遵循從上到下的順序對用戶程序（梯形圖）依次進行掃描。在每條梯形圖掃描中，應對梯形圖左邊控制線路（由各觸點組成）先進行掃描，隨后根據左—右、上—下的順序邏輯運算觸點組成的控制線路，并遵循預算結果，在系統RAM存儲區刷新該邏輯線圈的對應位狀態，也可以在I/O映象區刷新該輸出線圈的對應位狀態，或確定該梯形圖所規定的特殊功能指令是否執行。

2 西門子PLC S7—200常見故障及解決措施

2.1 西門子S5系列PLC與西門子PLC S7—200內部RS485接口電路分析

作為上個世紀80年代德國西門子推出了小型可編程序控制器，S5系列PLC具有可靠地性能與結構緊湊的模塊化設計，其中多種型號按照I/O點數、功能等因素，可進行通用型（U型）、字處理型（W型）、開關型（R型）等多種類型地劃分。

伴隨使用年限的不斷增加，S5系列PLC往往會出現多種故障，通常可分為兩種：軟故障、硬件故障。其中軟故障處理較為簡單，一般可選取PG進行處理。如由于模塊化結構導致PLC自身硬件故障，應對故障模塊先進行確定，在選取更換方式，這樣可有效提升維修速度。隨著科學技術水平的不斷提升及經濟全球化地不斷深化，目前S5系列PLC正逐步退出市場及停止生產。作為西門子自動化系統的控制核心，S7系列PLC更具有優勢，相比S5系統PLC，其優點主要包括可靠、便于操作、靈活等。在分析西門子PLC S7—200常見故障前，應對其內部RS485接口電路圖（圖1）進行了解。本圖內阻值為10歐的普通電阻由R1＼R2表示，其功能為避免RS485信號D+與D-短路時出現電流燒損芯片的情況。鉗制電壓（6V）由Z1＼Z2表示，10A齊納二極管為最大電流，24V電源與5V電源共地沒有進行隔離。

2.2 西門子PLC S7—200常見故障類型

（1）燒斷R1＼R2，Z1、Z2與SN5176無損。因瞬態干擾電流較大，并向R1、R2、橋式整流、Z1、Z2流經時，10A電流為Z1、Z能夠承載的最大沖擊，但該電流在R1、R2上出現的瞬態功率為102X10=1000W，該情況下將燒斷R1＼R2。（2）損壞SN5176， R1、R2、Z1、Z2無損。相比Z1、Z2動作速度，靜電沖擊、瞬態過電壓速度較高時，靜電到處存在，如人體模式也將有+15KV到—15KV靜電的出現。（3）損壞Z1、Z2、SN5176，R1、R2無損。電壓因高電壓低電流瞬態干擾將擊穿Z1、Z2，但因電流小與發生時間短等問題，不會損壞R1、R2。

2.3 西門子PLC S7—200常見故障的解決措施

從上述故障因素得知，瞬態過電壓、靜電為PLC接口損壞的主要原因，其中出現瞬態過電壓、靜電因素諸多，為有效解決以上故障，必須重視解決措施的選用。

（1）PLC內部解決措施。首先，隔離24V、5V電源，選取方式為隔離的DC；其次，選取RS485芯片做為材料，要求其具有靜電保護、過熱保護與輸入失效保護等功能；再次，保護器件應選取較快響應速度、較大承受瞬態功率的TVS、BL浪涌吸收器，如6.8V為P6KE6.8CA的鉗制電壓，500W為承受瞬態功率，BL器件可對大電流沖擊進行有效抗擊，如超過4000A；最后，選取正溫度系數自恢復保險PTC為R1、R2。

（2）PLC外部解決措施。選取隔離PC/PPT電纜，避免便宜非隔離電纜的使用。選取隔離總線連接器進行PLC RS485口聯網，通過RS485隔離器BH—485G對變頻器、觸摸屏等和PLC聯網的第三方設備進行隔離，這種情況下，無電聯系就會出現在RS485節點，更不會出現無地線環流，即便損壞一個節點后，也不會對其他節點造成損害。

3 結束語

綜上所述，西門子PLC S7—200作為西門子PLC控制系統的重要組成部分，隨著使用年限的不斷增加，西門子PLC S7—200產生了諸多故障，為此相關工作人員必須在充分了解西門子PLC工作原理的基礎上，對其常見故障進行分析，并找出相應的解決措施，為西門子PLC控制系統的正常運作提供強有力地保障。

參考文獻：

[1]余春燕.西門子PLC故障實例分析和處理探討[J].電子技術與軟件工程，2015（05）.