西門子PLC系統(tǒng)故障處理研究

呂家樂

摘 要：在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，各種具有較高科技含量的科學(xué)設(shè)備開始大量使用，其中就包括西門子 PLC 系統(tǒng)。西門子 PLC 系統(tǒng)運(yùn)行的正常與否，在很多時(shí)候會(huì)直接影響工作效果。因此本次通過分析西門子 PLC 系統(tǒng)的常見故障及處理策略，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：西門子;PLC系統(tǒng);故障處理

1 PLC控制系統(tǒng)的架構(gòu)

在PLC控制系統(tǒng)中，它的組成部分是CPU運(yùn)算和控制中心、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口、編程器;其中包括許多操作站，并且標(biāo)準(zhǔn)控制器和操作站的數(shù)量是相同的。在總線網(wǎng)絡(luò)中，由于操作站和控制器之間的連接，形成了一個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)運(yùn)行是通過使用光纖作為信息傳輸?shù)拿浇閬磉B接光纖和適配器。在主網(wǎng)絡(luò)電纜中，任何操作站都是一個(gè)節(jié)點(diǎn)。因?yàn)樵谶B接總線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，任何工作站都具有連接卡。同時(shí)，每個(gè)工作站也可以通過以太網(wǎng)相互連接。工作站還應(yīng)安裝連接卡的驅(qū)動(dòng)程序系統(tǒng)和各種相應(yīng)的編程文件，不僅限于操作系統(tǒng)。控制器的主要組件是一組標(biāo)準(zhǔn)控制器。預(yù)處理控制是其主要職責(zé)。任何控制器都可以與工業(yè)總線連接。此外，所有控制器都可以使用總線連接多個(gè)遠(yuǎn)程從站，根據(jù)生產(chǎn)工藝需求，分析被控對(duì)象的復(fù)雜程度，進(jìn)行I/O點(diǎn)數(shù)和I/O點(diǎn)的類型（數(shù)字量、模擬量），適當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存容量的估計(jì)，結(jié)合市場(chǎng)情況等選定PLC型號(hào)。

2 PLC 的常見故障

2.1 網(wǎng)絡(luò)故障分析

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在PLC系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行階段后，初期可能會(huì)經(jīng)常導(dǎo)致操作界面異常，使初期操作站發(fā)生不穩(wěn)定情況，影響其數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，并影響實(shí)時(shí)狀態(tài)的正常顯示，通過檢查能夠發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

運(yùn)行過程中，有可能會(huì)出現(xiàn)一部分的模擬量數(shù)據(jù)有時(shí)出現(xiàn)有時(shí)隱沒的情況，造成這種問題的原因可能是預(yù)處理控制系統(tǒng)與舊的控制系統(tǒng)發(fā)生無法正常顯示實(shí)時(shí)狀態(tài)的問題，新廠與混床控制系統(tǒng)在模擬量上的顯示則為正常。因數(shù)據(jù)不完整，并且很多模擬量數(shù)據(jù)都無法上傳，所以可以推測(cè)為工業(yè)級(jí)的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備出現(xiàn)了問題，一般考慮可能是子網(wǎng)故障導(dǎo)致通信中斷的情況出現(xiàn)。總線在工作了一段時(shí)間之后，很容易在部分子站的通信中發(fā)生故障，一般的故障表現(xiàn)就是通信中斷。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)故障的處理，一般是通過總線各設(shè)備的故障指示，找出發(fā)生故障的具體位置。首先，總線發(fā)生故障后，CPU的BUSF指示燈會(huì)指示為紅色，如果DP總線故障，則需要對(duì)所有的遠(yuǎn)程模塊BF指示燈進(jìn)行逐一排查，從而對(duì)故障發(fā)生的具體位置進(jìn)行確認(rèn)。如果是工業(yè)級(jí)總線發(fā)生故障，就應(yīng)該首先對(duì)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的指示燈進(jìn)行分析，判斷具體出現(xiàn)問題的接口。找出發(fā)生故障的具體位置，然后分析故障發(fā)生的原因，通過排查設(shè)備的現(xiàn)行正確性、緊固性以及撥碼的軟件、硬件設(shè)置的一致性，還有光纖的跳線收以及連接的極性、連接的緊固性等等。

2.2 系統(tǒng)干擾分析

此套系統(tǒng)能夠?qū)芏嚯娖髟O(shè)備進(jìn)行控制，部分設(shè)備產(chǎn)生的信號(hào)能夠通過敷設(shè)的電纜被連接至PLC各I/O模件中，另外部分的信號(hào)則可以通過通信卡與控制電器設(shè)備進(jìn)行連接。

運(yùn)行的初始階段，容易出現(xiàn)的故障為部分連接電器的MCC子站通信設(shè)備故障，具體表現(xiàn)為子站離線，從而不能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。在現(xiàn)場(chǎng)檢查的過程中，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)MCC附近的電力設(shè)備在運(yùn)行的過程中，電機(jī)會(huì)傳動(dòng)而產(chǎn)生電磁干擾的情況，但接口卡則處于MCC柜內(nèi)，這樣一來，電磁信號(hào)就容易對(duì)總線產(chǎn)生明顯的影響。如果將雙絞屏蔽電纜替換，改用敷設(shè)光纖線路，再次測(cè)試結(jié)果顯示，子站間的通信恢復(fù)穩(wěn)定，并且不會(huì)再次出現(xiàn)子站離線的情況。

部分的電器設(shè)備，其狀態(tài)信號(hào)線會(huì)直接連入到卡件中，運(yùn)行時(shí)容易出現(xiàn)異常顯示，表現(xiàn)為“0”或“1”的錯(cuò)亂排布。通過檢查發(fā)現(xiàn)，卡件能夠正常工作，但因電器專業(yè)送來的狀態(tài)開關(guān)量信號(hào)本應(yīng)是無源的接點(diǎn)，而通過測(cè)量發(fā)現(xiàn)，狀態(tài)信號(hào)線對(duì)地都存在最高80V的電壓。

因此可以判斷，此干擾信號(hào)就是因不規(guī)范地敷設(shè)電纜而造成的，信號(hào)線和動(dòng)力線均沒有合理分開，因此導(dǎo)致電壓互相干擾。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，還有可能出現(xiàn)部分的模擬量顯示和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的情況不符合的問題，有時(shí)誤差會(huì)非常明顯。通過對(duì)模擬量的信號(hào)線對(duì)地電壓進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，模擬量的新號(hào)端出現(xiàn)了干擾電壓，因此可以判斷，造成這一問題的原因是系統(tǒng)接地的問題。由于整個(gè)的系統(tǒng)都缺乏專用的接地網(wǎng)絡(luò)，因此系統(tǒng)存在不共地的情況，因接地的混亂而造成對(duì)測(cè)量值形成干擾。因大地電位未均勻分布的問題，造成不同接地點(diǎn)存在著地時(shí)電位不同的情況，這種混亂會(huì)使電流在環(huán)路中流通，從而干擾了信號(hào)的組成。

3 PLC控制系統(tǒng)故障處理分析

3.1 PLC控制系統(tǒng)外設(shè)故障

判斷外部故障時(shí)，可根據(jù)PLC的輸入輸出指示燈進(jìn)行判斷。當(dāng)指示器與輸入和輸出同步點(diǎn)亮?xí)r，表明發(fā)生了外部故障，也就是說，如果外部設(shè)備出現(xiàn)故障，則在更改PLC輸入后，指示器燈將同步變化。外部的故障類型主要是：繼電器和接觸器的故障。閥門和柱塞的故障;開關(guān)故障，包括限位開關(guān)和遙控轉(zhuǎn)換開關(guān);接線盒和接線端子的故障;應(yīng)檢測(cè)并排除傳感器和儀器的故障;最后應(yīng)檢查電源，地線和信號(hào)線的噪聲。逐一檢查上述各項(xiàng)，并在發(fā)現(xiàn)故障原因后及時(shí)采取措施。處理PLC控制系統(tǒng)的外圍故障時(shí)，排查時(shí)要仔細(xì)，替換的元器件要選用性能可靠安全系數(shù)高的優(yōu)質(zhì)器件。

3.2 PLC控制器內(nèi)部故障

PLC具有自診斷能力，發(fā)生模塊功能錯(cuò)誤時(shí)往往能報(bào)警并按預(yù)先程序作出反應(yīng)，通過故障指示燈就能判斷，當(dāng)SF紅燈亮?xí)r，表示是系統(tǒng)故障，是SYSTEM FAULT的縮寫，檢查內(nèi)部是否尋址錯(cuò)誤，是否超出編程地址區(qū)，模塊損壞是否損壞，插件是否松動(dòng)等原因引起，我們可以先把PLC里的程序先清除掉，SF燈還亮，估計(jì)可能是硬件損壞;如果不亮了，則可能是程序編程有問題;若SF燈閃爍，則可以肯定是現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS-DP通訊故障。

另外還有可能是PLC內(nèi)部輸入模塊故障、程序或電源內(nèi)部電壓異常。異常電壓可能是由電源電路的問題引起的，但不能完全確定這是電源電路的問題。當(dāng)內(nèi)部連接設(shè)備太多或輸入設(shè)備發(fā)生短路時(shí)，電源電路可能會(huì)被切斷，這是超出電源負(fù)載能力的自我保護(hù)。此時(shí)，可以切斷所有輸入設(shè)備以進(jìn)行電源電壓測(cè)量。監(jiān)控系統(tǒng)可以在線監(jiān)控PLC的整個(gè)工作狀態(tài)。程序中觸點(diǎn)的不同顏色表示不同的工作狀態(tài)，綠色表示正在訪問，紅色表示斷路。可以通過輸入和輸出元素的狀態(tài)來判斷故障。當(dāng)輸入元素顯示通道狀態(tài)時(shí)，表示信號(hào)已輸入到下一層。當(dāng)輸出元件的狀態(tài)也是通道時(shí)，表示控制器中的信號(hào)已經(jīng)形成。如果輸入的輸出端子的端口異常，則只需稍稍更改端口程序即可使系統(tǒng)再次正常運(yùn)行。

4 結(jié)束語

綜上，西門子 PLC 系統(tǒng)是目前較為主流的可編程序控制系統(tǒng)，其受歡迎程度逐年增加。雖然實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)了諸多問題，但只要對(duì)此系統(tǒng)形成了充分的了解和認(rèn)識(shí)，就能夠?qū)Υ嬖诘墓收嫌卸猓Ｕ显O(shè)備正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉建營(yíng).西門子400PLC系統(tǒng)DP網(wǎng)絡(luò)故障處理及預(yù)防方法[J].電子測(cè)試，2018（09）：109-110+34.

[2]張仲鋒.西門子PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)故障現(xiàn)象分析及處理[J].中華紙業(yè)，2015，36（08）：48-50.

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