西門子PLC系統硬件故障的分析與處理

張文慧

【摘 要】隨著技術的不斷成熟，PLC系統的功能也得到了完善。與此同時，一些硬件故障的問題依然存在于實際的生產中，影響著系統功能的正常發揮。結合實際經驗可知，西門子S7-400PLC系統常見的硬件故障有一定的規律可循。對常見的硬件故障采取一些恰當的防范措施和處理措施，能夠保障PLC系統的良好運轉。

【關鍵詞】西門子PLC系統 硬件故障 診斷與分析 處理方法

隨著工業經濟的發展，西門子PLC系統得到了較為廣泛的應用。作為數字電子裝置，其內部的硬件對整個系統的運作狀況起著非常重要的影響。一旦出現硬件故障，則系統無法保持穩定連續的自動化操作。本文結合西門子PLC系統在生產中的應用，對硬件故障的表現和成因進行了簡單的分析，并提出了相應的解決辦法。

1 西門子PLC系統的概況

1.1 PLC系統的概況

PLC系統包含著一系列復雜的運算程序，從邏輯運算，到順序控制、時間順序、計數和算數運算，形成一個自動處理數據的完整流程。因此，只要將符合條件的指令輸入到存儲器中，就能夠通過模擬、數字等輸入和輸出軟件進行控制，控制的內容不僅包含了機械設備，也涉及到整個生產的過程。一般來說，典型的PLC系統包括CPU模塊、電源模塊和一些I/O模塊，而這些模塊又通常被安裝在一塊背板上。遵循著簡單方便的原則，PLC系統在多年來的發展與進步中保持著人性化設計的方向。因此，盡管現代的PLC系統在功能上已經得到了較大的完善，但是操作依然簡單便捷，并不因此而復雜艱難。總的來說，PLC系統由于體積較小，需要的安裝空間不大，所消耗的能源較少。根據生產的實際情況，如果在基本的控制功能之外還需要加入一些特定的其他功能，則可以在背板上加入可選的特殊功能模塊，將所需的程序設計進去。

1.2 PLC系統的優點

西門子PLC系統作為可編程邏輯控制器，具有自動化程度高、操作方便、性能穩定等優點，因此得到了不同行業生產的接納與推廣使用。將PLC系統用于工業生產，能夠有效提高工業生產的自動化水平，從而極大的提高生產的效率。PLC系統主要的作用分為開關量控制、限時控制、數量控制、步進控制幾大類，以及相應的計算處理作用，如數據處理、模擬量處理、通訊和互聯網處理等等。根據具體使用需要的不同，往往在設計和制造PLC系統的時候可能會存在著結構、形狀、大小、種類等不同。但總的來說，幾乎所有的PLC系統都有一些共同的特點。除了投運周期短、造價便宜等優點之外，PLC最大的優點是控制系統的簡單快捷[1]。

2 西門子PLC系統的硬件故障分析與處理

2.1 PLC系統硬件故障的識別

西門子PLC系統具有較強的穩定性，抗干擾的能力也很強，這也就是說一般來說系統出現故障的幾率比較小。如果出現問題，則主要是分為硬件上的故障和內部的故障。所謂內部故障，多指的一些軟件上的問題。例如編輯的程序出現問題或者發生功能性的錯誤。而硬件故障則主要是由于系統零件出現問題而導致整個控制系統無法正常工作的情況。對于不同的故障類型，在具體的維修措施上有所不同。因此，當發現故障的時候，首先應該分清故障出現在哪一個具體的部位、是屬于什么類型的故障，才能夠進行下一步的維修處理。利用指示燈的功能，可以比較清楚的檢測出故障的類型和所在。如果確定故障是屬于硬件方面的，則應該進一步確定故障是發生在I/O模塊還是控制器上。系統外部的設置包括了很多產品：接觸器、繼電器；安全保護開關、遠控轉換開關、限位開關等；電源、地線等；傳感器、接線盒、儀表等。這些零件中任何一個部位都可能是引發硬件故障的原因，需要具體問題具體分析。這些故障主要是屬于系統外設的故障[2]。

2.2 處理硬件故障的注意事項

就硬件故障來說，PLC系統主要是通過發揮系統自身的診斷功能來進行檢測。最新的PLC控制系統已經能夠自動診斷出大多數的硬件故障。但是對于一些比較精細復雜的問題仍然需要人工操作，才能夠有效解決。

PLC系統自我診斷有一套比較固定的流程。首先是進行整體的檢查，依次檢查電源、運行燈、輸入和輸出接口等處是否正常工作。根據檢查的具體結果作進一步的細致檢查，比如電源燈不亮的話則應考慮為電源出現問題。接下來則對電源的接口、線路是否出現故障等問題進行仔細的排查，直到找出問題的根源。如果以上內容都處于正常工作的狀態，則應對微處理器進行檢查或更換。其次，還要對PLC系統的外部運行環境進行檢查。由于電子系統對環境十分敏感，空氣的濕度、清潔度、周邊溫度等因素都會直接影響PLC控制系統的運行情況。因此，對腐蝕性物質、周邊環境的細致檢查也是分析硬件故障的必要環節之一。

有時看似軟件故障的問題也可能包含著硬件的故障，需要進行綜合處理。如果設備應用程序出錯，除了考慮網絡故障或者信號干擾故障之外，還應考慮到控制器的電路系統是否正常。這時可以重新輸入備份程序，如果系統立即恢復正常運行，則說明是程序系統的故障；如果沒有恢復，則應當認真檢查單片機系統是否出了問題。很有可能就是部分電路或者相關的元件發生了損壞，才導致了故障。如果是因為鎖存器芯片損壞了引發的故障，則需要更換一塊同樣型號、同樣功能的芯片。為了保證PLC的運轉，也需要對軟件系統進行檢測和維修。要注意常見的網絡故障和信號干擾問題，及時檢查電氣設備的狀態。對于易磨損的硬件設施，應該定期進行清理和檢查，及時更換老舊的元件。另外，還需積累一些關于常見的硬件故障的處理經驗。例如，當運行燈不亮時，可以采取這些方法：更換程序；檢查電源線路是否正常；更換CPU單元，并修改I/O單元號等等。雖然經驗不完全保證準確，但是卻能夠減少維修的時間，節約更多的人力物力。在檢查分析硬件故障的時候也要講究方法，盡可能快速的找到問題根源，采取有效措施。除了直接進行檢查，還可以采用逐步縮小檢查范圍的方法來鎖定故障的位置，這一方法能有效避免重復，且檢查的結果比較精確；或是采取對比替換法檢查元件的狀態，一經對比有問題的元件就會立刻顯現出來。再或者可以利用專業的檢測儀器來進行硬件故障的分析和處理[3]。

2.3 PLC系統硬件故障的分析與處理

上文已經對如何檢測歸類PLC系統故障、如何全面采取措施預防和處理硬件故障兩個問題進行了詳細的敘述。下面本文將結合實際使用中的具體情況，來逐條分析PLC系統的硬件故障及處理辦法。

（1）控制器。如果是控制器發生故障，則可能是輸入模塊或者是電壓出現異常。電壓的異常可以通過測量兩端的電壓判斷出來。為了保證電壓故障檢測的正確性和安全性，應該首先關閉相關的輸電設備，再進行電壓檢測。而輸入模塊的故障則需要在系統自動檢測的基礎上，讓專業檢修人員采取進一步的措施才能夠得到比較正確的檢測。系統自動檢測主要是利用梯形圖監控PLC系統的運行狀態。如果指示燈顯示出現故障，則進一步分析到底是輸入接口還是輸出接口出現問題。發現問題端口之后，改動相應程序恢復正常運行。然后再由人工對端口進行維修或者更換。（2）電源。PLC系統本身的電源部件需要將交流電轉化為直流電，如果電源出現問題，首先應考慮是否部件的壽命已經到期。正常的電源部件需要5年一換，如果是部件的問題，則重新更換完全一樣的部件即可。其次應該考慮過電流引起的熔絲熔斷，而引發過電流的原因又可分為CPU和I/O單元內部的部件發生故障，或者是觸碰到金屬而導致電路短路。然后還應該考慮是否電壓不穩而造成電源無法正常使用。（3）I/O卡件。首先應檢查總線插座是否連接良好，接口處是否完好。如果經過判斷發現I/O卡件出現故障，則可以更換通道或是用備用卡件更換。內部元件的老化和陳舊可能會導致卡件無法正常工作，而對卡件內部進行檢修比較困難，直接更換卡件更為快捷高效。同時需注意I/O連線走向的問題，盡量避免與其他線路出現重疊[4]。（4）通訊卡件。通訊卡件能夠確保PLC系統內部信息傳達的暢通。首先通訊卡件的線路出現問題的話，則通訊系統也會隨著出現故障。其次，接頭處的連接也會影響通訊效果。總的來說，如果通訊卡件出現故障，則應該進行更換。但需要注意的是更換以后的通訊卡件應該重新設置通訊參數，否則不能恢復正常的通訊。（5）以太網交換機。作為連接計算機網絡的關鍵元件，以太網交換機承擔著重要的輸入輸出作用。對于以太網交換機的各處接口應當首先進行仔細檢查，如果接觸不良，則不能正常使用。如果接線和接口都沒有問題，則應考慮是否因為接口壞掉而無法使用。再然后則應該考慮交換機內部的元件是否有老舊退化的現象，進而詳細排查。對于能夠維修的元件課維修也可更換，但注意更換時必須使用同一型號、同樣規格的替換元件。如果交換機無法維修，則可以直接更換一個新的。

3 結語

以上是西門子PLC系統中常見的幾個硬件故障，通過分析可以得出一般的解決措施為：當發生硬件故障時，首先需要及時檢測出故障所在，然后需要排查出現問題的元件，進而維修或更換部件。

參考文獻：

[1]趙愛軍.西門子PLC系統硬件故障的分析與處理[J].儀器儀表用戶，2012（05）：83-84+79.

[2]郝睿.西門子PLC系統硬件故障的分析與處理[J].電子制作，2014（09）：46.

[3]孫慧.西門子PLC系統常見故障分析[J].化工自動化及儀表，2014（09）：1101-1102.

[4]張仲鋒.西門子PLC自動控制系統故障現象分析及處理[J].中華紙業，2015（08）：48-50.