西門子1500PLC控制系統(tǒng)工作原理及常見故障分析

鄭超 張仁勇 夏同行 姚睿

摘 要：伴隨社會經(jīng)濟的持續(xù)、快速化發(fā)展，以及工業(yè)技術(shù)水平的不斷提升，可編程控制器（PLC）在多領(lǐng)域、多行業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。本文以西門子1500PLC控制系統(tǒng)為研究對象，首先簡要分析了PLC控制系統(tǒng)及西門子1500PLC控制系統(tǒng)的基本工作原理，探討了容易對PLC控制系統(tǒng)造成影響的因素，最后指出了系統(tǒng)在實際運行中經(jīng)常出現(xiàn)的一些故障，探討了其具體措施，望能為此領(lǐng)域研究有所幫助。

關(guān)鍵詞：1500PLC控制系統(tǒng);西門子;工作原理;故障

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）08-0117-02

可編程控制器（PLC）不僅是一種比較實用且高效的工業(yè)控制計算機軟件系統(tǒng)，而且還能現(xiàn)階段整個工業(yè)生產(chǎn)當中一種比較常用且優(yōu)質(zhì)的數(shù)字運算操作電子裝置。針對西門子1500PLC控制系統(tǒng)而言，其實為一種在各種技術(shù)（比如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信號處理技術(shù)及計算機技術(shù)等）持續(xù)發(fā)展框架下而形成的PLC控制系統(tǒng)，其在具體的工作原理上，與傳統(tǒng)的PLC控制原理基本相當，主要作用就是能夠比較高效且全面的處理數(shù)據(jù)信息，以及內(nèi)部有比較豐富的資源內(nèi)容，但其自身也存在一些技術(shù)層面的不足，因而在運行過程中，容易出現(xiàn)各種故障。因此，做好其故障的分析與解決工作，尤為必要。本文就此探討如下。

1 PLC控制系統(tǒng)分析

針對PLC控制系統(tǒng)來講，其實為一種以計算機為基礎(chǔ)的開發(fā)出來的可編程邏輯控制器，選用的是比較先進的一類可編程存儲器，設(shè)置于計算機當中;借助計算機進行各項操作運算，以及將各種指令發(fā)送給用戶、順序控制等，而且還能根據(jù)現(xiàn)實需要，借助模擬或者數(shù)字實現(xiàn)對各種生產(chǎn)過程程序的輸入、輸出，可以理解為在整個工業(yè)生產(chǎn)體系中，PLC控制系統(tǒng)處于核心地位。現(xiàn)階段，伴隨PLC控制系統(tǒng)在功能層面上的越發(fā)豐富與優(yōu)化，在工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)了許多新型的可編輯邏輯控制器，而西門子1500PLC控制系統(tǒng)便為其一，其在具體的硬件結(jié)構(gòu)上，不僅設(shè)置有輸入輸出回路、程序輸入裝置，而且還設(shè)有存儲器、電源、中央處理單元等。但需要強調(diào)的是，西門子1500PLC控制系統(tǒng)有著比較高的性價比，在許多功能上，均有著明顯優(yōu)勢，所以，其已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)架構(gòu)當中的一類實用程度高的控制系統(tǒng)[1]。

依據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域及現(xiàn)實應(yīng)用情況方面的差異，可將其劃分為如下部分：其一，開關(guān)量的邏輯控制。也就是以自動化流水線為對象，分別實施邏輯控制與順序控制。其二，模擬量控制，主要對整個工業(yè)生產(chǎn)架構(gòu)當中的那些處于連續(xù)變化狀態(tài)的模擬量，實施可編程控制，以此達到數(shù)字量與模擬量之間的隨機性或者規(guī)律性轉(zhuǎn)換。其三，運動控制。即為控制工業(yè)生產(chǎn)當中的直線運動、圓周運動等，剛被開發(fā)出來的PLC便借助I/O模塊，將執(zhí)行機構(gòu)與位置傳感器相連接，且共同發(fā)揮效能;此外，針對新型開發(fā)出來的PLC控制系統(tǒng)而言，其大多設(shè)置有專用型的運動控制模塊[2]。其四，過程控制。在實際生產(chǎn)中，無論是壓力、流量，還是溫度等，均能達成動態(tài)變化，而且時期不同，與之相對應(yīng)的變化量會存在差異，所以需要求PLC控制系統(tǒng)能進行控制算法程序的編制，以此來更好的控制整個生產(chǎn)過程。其五，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。當前，比較常用的PLC控制系統(tǒng)需具備數(shù)學運算功能，這樣系統(tǒng)便可以比較高效的完成諸如查詢、傳送、收集及轉(zhuǎn)換等功能。其六，通信及聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。在整個工業(yè)自動化生產(chǎn)架構(gòu)當中，需實現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)與其它設(shè)備間的實時通信，這樣才能更加高效的完成生產(chǎn)[3]。

2西門子1500PLC的基本工作原理分析

針對此控制系統(tǒng)而言，其在具體的工作原理上，與傳統(tǒng)的PLC控制器大致相當。需要經(jīng)過如下階段：（1）輸入采樣階段。針對西門子1500PLC系統(tǒng)當中的掃描系統(tǒng)而言，其能夠?qū)θ繑?shù)據(jù)狀態(tài)的輸入進行有效控制，并且還能把它們均儲存于專門的I/O映像區(qū)當中，當完成采集之后，其它單元當中的輸出數(shù)據(jù)與狀態(tài)均會發(fā)生改變，而對于儲存于I/O映像區(qū)當中的數(shù)據(jù)來講，仍然能夠保持最初的數(shù)據(jù)狀態(tài)。在輸入采集這一階段當中，若所輸入的信號是比較典型的脈沖信號，那么便需要對脈沖信號的寬度施加有效控制，使其始終處于一個掃描周期當中，如此一來，才能從根本上確保控制系統(tǒng)對其進行全方位的掃描[4]。（2）用戶程序執(zhí)行階段。針對用戶程序執(zhí)行來講，其在具體的順序上，主要秉持著從上向下的順序，以此對梯形圖當中的用戶程序?qū)嵤呙?另外，還需要指出的是，掃描梯形圖當中的用戶程序的順序為從左向右以及從上向下的運動路線，掃描之后，便可依據(jù)所得到的數(shù)據(jù)，開展有目的性的邏輯運算，依據(jù)最終的運算結(jié)果，便能在隨機存儲器（RAM）當中，更新與之相對應(yīng)位置的當前狀態(tài);此外，針對I/O映像區(qū)當中的對應(yīng)位，同樣能夠進行刷新管理;在此階段內(nèi)，只有邏輯線圈被刷新，其在下一個掃描區(qū)上的程序，方能真正起作用，這樣便能夠?qū)崿F(xiàn)以一種流程化的方式來控制工業(yè)生產(chǎn)的目的[5]。（3）輸出刷新階段。對于此階段而言，實為整個PLC控制系統(tǒng)當中的輸出階段，當真正意義上完成用戶掃描程序，那么針對此時的西門子1500PLC控制器而言，便會保持在一種輸出刷新階段;需要指出的是，如果在此階段，僅有CPU才能對I/O映像區(qū)當中的狀態(tài)刷新數(shù)據(jù)等的輸出進行鎖存，而且借助與之相對應(yīng)的輸出電路，來對外設(shè)進行驅(qū)動，最終達到管理輸出的目的。

針對西門子1500PLC控制系統(tǒng)而言，其在實際運行中，主要有如下典型特點：在其內(nèi)部集成了故障安全功能、工業(yè)信息安全與運動控制，其中央處理單元（CPU）模塊功能能夠向用戶提供充足的各類資源;而在硬件上，1500PLCPLC有著非常快的處理速度，而且還有著比較強的聯(lián)網(wǎng)能力，以及比較高的診斷能力與安全性，因而除了能大幅節(jié)省成本之外，還有助于生產(chǎn)效率的提高，操作簡便。此外，還需要強調(diào)的是，西門子1500PLC控制系統(tǒng)無論是在組態(tài)上，還是在編程效率上，均比較高，能為信息查看與采集提供切實方便。

3對西門子1500PLC控制系統(tǒng)造成影響的因素

針對西門子1500PLC控制系統(tǒng)而言，其主要由兩部分組成，其一為生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備，其二是PLC，對于PLC來講，其主要包含擴展機箱、主機箱、中央處理器及網(wǎng)絡(luò)與外界部分等;而對于生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備來分析，其主要由儀表、接線盒、各種開關(guān)、極限位置、繼電器、電源線、地線等組成。它們當中無論是哪個方面發(fā)生故障，均會對系統(tǒng)的正常工作造成影響，所以，對那些影響系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性的因素進行分析，當發(fā)生故障時，有助于準確找出故障，因而能為故障解決提供依據(jù)與參考。

4西門子1500PLC的常見故障及對策分析

（1）顯示器上顯示的是“——”，也就是難以將數(shù)據(jù)正常顯示出來，也難以到底使哪種情況所造成的故障。進行如下故障分析：控制器所對應(yīng)的操作面板顯示的是“——”，提示控制器在具體的電源部分上，處于正常運作狀態(tài)，因此，可以分別將電池、電源等方面的故障情況給排除掉;另外，操作面板能夠顯示，但是所顯示的內(nèi)容并不是正確的數(shù)據(jù)，所以，可能發(fā)生故障的地方是主控制板、操作面板、插件或者是I/O接口板等。針對西門子1500PLC控制器來講，由于其在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計上，所采用的是各部位均處于獨立狀態(tài)的模塊，所以當發(fā)生異常或出現(xiàn)故障時，可以對各模塊單元進行一個一個的排查，并且采用比較好的單元模塊，將那些已經(jīng)發(fā)生故障的單元模塊給替換掉。（2）受外部環(huán)境因素所造成的故障。對于西門子1500PLC控制系統(tǒng)來分析，當受到外部的電磁干擾時，百年容易發(fā)生故障，其中，最為常見的便是電源模塊故障。需要說明的是，在一個比較完整的PLC控制器電源模塊當中，通常會設(shè)置有若干指示燈，比如24VDC、AC等，如果電源的工作維持正常狀態(tài)，那么指示燈的顏色為綠色，其中任何一個燈顯示為故障，那么便會對西門子1500PLC控制器的正常工作造成較大影響。比如AC燈，其所代表的是控制器所對應(yīng)的交流總電源，如果此燈顯示為故障，提示整個PLC控制系統(tǒng)在各項工作電源上，均發(fā)生了故障，對此，便需要對PLC控制器電源中的保險絲熔斷與否進行查看，如果發(fā)生熔斷，那么提示電源發(fā)生了故障，需對電源線路進行更換。（3）I/O模塊常見故障。針對西門子1500PLC控制系統(tǒng)而言，與之相對應(yīng)的輸入輸出模塊的發(fā)光二極管，如果出現(xiàn)不指示的情況，提示I/O模塊存在故障，如果對整個模塊進行更換，那么并不劃算，有著比較差的經(jīng)濟性與實際效益性，因此，可以對其中的某個點的損壞部件進行替換，而且還能根據(jù)現(xiàn)實需要，在對PLC控制器實施斷電的前提下，對輸入模塊或者輸出模塊當中的點位置進行更換。（4）CPU模塊故障。針對CPU模塊而言，其中不僅有通信接口，而且還設(shè)置有運行開關(guān)、EPROM插槽等，容易發(fā)生故障的位置比較多，所以，需要將PLC控制器與電源相連接，并且在停止運行的狀態(tài)下，撥動開關(guān)，使之處于RUN狀態(tài)，然后對指示燈的顯示情況進行細致觀察，如果在斷電復(fù)位操作后，故障仍然存在，那么需要檢查通信接口板正常與否。

5結(jié)語

綜上，在整個工業(yè)自動化控制體系當中，PLC控制系統(tǒng)為其不可分割的重要構(gòu)成，伴隨信息技術(shù)的日漸成熟，以及工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，西門子1500PLC控制系統(tǒng)憑借自身優(yōu)勢，尤其是在控制能力、性價比等方面的不斷提升，成為了當前社會中比較常用的系統(tǒng)類型。但是在長期使用過程中，其CPU、硬件等容易發(fā)生故障，因此，需要采取可行措施，找出故障，并將之有效解決掉，保證系統(tǒng)的正常、高效運轉(zhuǎn)。

參考文獻

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