西門子PLC自動控制系統(tǒng)故障現(xiàn)象分析及處理探析

俞大俊

摘? 要：西門子PLC控制器以很高的穩(wěn)定性和可靠性，在很多工業(yè)控制領域得到了廣泛的應用，為了保證控制系統(tǒng)的正常運行，需要維護人員通過故障現(xiàn)象及時準確地發(fā)現(xiàn)故障原因，將控制系統(tǒng)恢復到正常運行狀態(tài)。本文對PLC控制系統(tǒng)硬件故障現(xiàn)象進行總結，并對如何采用故障診斷辦法進行探討。

關鍵詞：PLC控制器;硬件故障;處理措施

西門子PLC控制系統(tǒng)以商務電腦作為上位機，運行Wincc6.0組態(tài)系統(tǒng)，下位機為S7-414控制器，應用6塊ET200M來實現(xiàn)與其它子站間的通信，經(jīng)過CP5611通訊卡來保證PLC控制器與上位機的數(shù)據(jù)交互，網(wǎng)絡間通信應用Profibus總線技術。

1 PLC控制系統(tǒng)硬件故障現(xiàn)象與分析

1.1 PLC控制器

S7-414控制器為核心元件，可以運行用戶編寫的控制程序，有著強大的自我診斷能力。運行時故障會通過LED指示燈來提警用戶，也可以采取在線檢查PLC系統(tǒng)硬件組態(tài)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)信息來進行判斷。400系列的PLC不同的指示燈亮起代表著不同的運行故障，需要查看手冊來檢查相應故障，如果控制器啟動運行時間變長，或者狀態(tài)指示燈STOP持續(xù)閃爍，表明控制器自身存在著故障，應該及時進行維修或更錦，對電源模塊或運行環(huán)境進行檢查。對存在故障的414控制器進行拆卸檢查時發(fā)現(xiàn)，電路板金屬部件為灰黑色，存在著白色結晶體，這是由于運行環(huán)境中含有堿成分的粉塵等物質(zhì)導致的，使得控制器使用壽命變短。因為電路板采用的元件都是貼片式，擅自維修會損壞電路板，需要送到專業(yè)的維修機構進行處理。

1.2通訊系統(tǒng)

利用西門子PLC控制器建立起的控制系統(tǒng)可以兼容MPI、ProfiBus和以太網(wǎng)協(xié)議，本控制系統(tǒng)通過CP5611實現(xiàn)上位機與控制器間的通信，利用ET200M與其它子站控制器間的通信，通過ProfiBus總線來完成硬件連接。通信電纜需要具備較好的阻抗匹配性能，在通信線路敷設和安裝時應該采取相應的保護措施，防止由于使用不當造成通信中斷。當數(shù)據(jù)通訊存在故障，需要對PLC控制器和LED故障指示燈和通訊卡進行檢查，核實電纜是否存在斷路，通訊插頭是否接觸良好。上位機與PLC控制器間的通訊狀態(tài)可以通過軟件進行測試，而通訊模塊、輸入輸出模塊與PLC控制器的通讀狀態(tài)檢測可應用硬件組態(tài)來對其進行診斷與識別。網(wǎng)絡間的通讀狀態(tài)可以應用專業(yè)網(wǎng)絡設備進行檢測，可以對Profibus總線數(shù)據(jù)傳輸情況進行檢測，并對故障進行診斷與分析。ProfiTrace2可以對電纜通訊質(zhì)量、電纜通斷狀態(tài)，終端電阻等性能進行檢測。

1.3 I/O模塊

輸入輸出模塊故障可以利用LED故障指示燈進行初步地判斷，或者利用軟件來對故障進行檢測。模擬量輸入模塊可以標準信號發(fā)生器來對其進行檢測，數(shù)字量輸入模塊則采用短接法來對故障進行斷，而模擬量輸出、數(shù)字量輸出可以將儀表接入到回路來對輸出信號進行檢測。在模擬量輸入模塊回路正極安裝有保險端子，模擬量輸出模塊回路串入250歐的電阻，可以防止由于現(xiàn)場監(jiān)測儀表接線錯誤對PLC信號通過造成損壞，如果使用環(huán)境中存較大的電磁干擾，還應該采用隔離器對信號進行調(diào)整。數(shù)字量輸入輸出模塊可以利用中間繼電器來進行保護，可以防止強電進入到PLC控制器造成通道損壞。

1.4電源模塊

西門子控制的穩(wěn)定運行需要采用專業(yè)的開關電源，可以為控制提供DC24V電源。多利用西門子自帶的PS-407電源模塊，帶有故障指示燈和運行狀態(tài)指示燈，如果電池極性接反會進行故障提示，PLC控制系統(tǒng)中的通訊模塊和輸入輸出模塊采用該電源模塊供電，也可以對外圍的傳感器、電磁閥和中間繼電器等提供電源，該開關電源是否正常運行與交流電供電質(zhì)量、負載等有著直接的關系，可以利用在線儀器對其進行檢測和排除。

1.5上位機

上位機利用商務臺式機，運行Wincc組態(tài)軟件來對控制系統(tǒng)運行狀態(tài)進行監(jiān)測，還可以設置控制參數(shù)，生成運行曲線等。由于商務臺式機有著很高的穩(wěn)定性，不需要經(jīng)常性的維護，只需要保證用于控制系統(tǒng)上位機，做好運行數(shù)據(jù)的存儲與備份，定期對主機灰塵進行清理就可以滿足使用要求。

2 PLC控制系統(tǒng)故障診斷辦法

控制系統(tǒng)經(jīng)常應用的有智能診斷法、直接檢查法、儀器分析法以、折半查找法等。直接檢查法是最為簡單的故障診斷方法，可以根據(jù)上面論述的故障現(xiàn)象進行對比，該種方法雖然簡單直接，但需要維修人員具備足夠的經(jīng)驗。

折半查找法，需要對PLC控制系統(tǒng)十分熟悉，可以有針對性將故障范圍進行縮減，更快地確定故障位置。比如，上位機在運行過程中存在著臨測界面數(shù)據(jù)變成灰色，數(shù)據(jù)反應遲滯，執(zhí)行機構無法及時調(diào)整等。在對故障進行處理時，需要將CP5611通訊卡作為故障診斷的關鍵環(huán)節(jié)，識別故障是由上位機還是PLC控制器導致。可以將西門子編程軟件的診斷窗口打開來對軟、硬件進行診斷，如果沒有發(fā)現(xiàn)診斷結果，可以判定故障在PLC控制器。

對比替換法也比較常用，采用不存在故障的功能模塊、信號源等來替換，通過替換對比來對系統(tǒng)故障進行判。當檢測到某運行信號存在異常，應該將線路改接到相近數(shù)據(jù)通過進行檢查。如果輸入輸出模塊存在異常，而無法準確對故障原因進行識別與判斷，可以利用該法進行嘗試。

邏輯分析法是通過對故障現(xiàn)象進行深入地對比觀察，通過推理和分析得出相應的故障結論。比如，在PLC實際運行過程中，上位機數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榛疑瑪?shù)據(jù)存在著延遲等現(xiàn)象，而控制器的BUS1F指示燈被點亮。ET200M通訊查獲塊中的BF指示燈也被點亮。由于該控制系統(tǒng)應用相同的DP總線方式，把PLC控制器數(shù)據(jù)連接頭內(nèi)的終端電阻設置到ON位置，將上位機接頭斷開，故障報警還繼續(xù)存在。可以將ET200M通訊模塊數(shù)據(jù)連接頭終端電阻將每個站號都拔到ON位置，如果拔到對應故障站號時，ET200M通訊模塊故障指示燈熄滅，而PLC控制器BUS1F燈還處于點亮狀態(tài)，那么可以判斷該站號對應的ET200M模塊可能存在運行故障，將該通信模塊更換以后，通訊系統(tǒng)可以恢復正常的數(shù)據(jù)交互。

儀器檢測方法多用于對PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡情況進行識別與診斷，通過對網(wǎng)絡狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)測與分析，可以將故障范圍縮小，有效地提高故障排除效率。控制系統(tǒng)的接地狀態(tài)可以通過專用的電阻測試儀來完成，識別接地電阻能否達到安全運行的要求，并采取相應的措施來進行處理。智能診斷法是應用西門子S7編程軟件自帶的硬件診斷功能，與PLC控制器進行連接，對數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)的信息進行識別與診斷，再參考幫助文件內(nèi)容對其做出處理。

3結束語

PLC控制系統(tǒng)是通過軟件、硬件結合成的有機整體，每個環(huán)節(jié)存在問題都會影響系統(tǒng)的功能，會使部分功能無法按著程序設計要求來運行，嚴重情況下會使執(zhí)行機構受損，正常的生產(chǎn)無法得到保障。維護人員應該對PLC控制系統(tǒng)進行深入的認識，可以從故障現(xiàn)象中判斷出誘發(fā)原因，再利用不同的故障診斷方法及時排除故障，將控制系統(tǒng)恢復原來的功能。

參考文獻：

[1]劉文哲.西門子S7-400PLC的維護和故障診斷[J].中國金屬通報，2020（03）：238+240.

[2]郭石應.DF12內(nèi)燃機車西門子微機系統(tǒng)故障問題分析[J].內(nèi)燃機與配件，2020（02）：146-147.

[3]安太玉.淺析西門子PLC在工廠應用中的常見問題及應對[J].科技創(chuàng)新導報，2020，17（03）：69-70.

[4]段立文，段煉.西門子PLC-1500和昆侖通態(tài)觸摸屏通信排疑[J].設備管理與維修，2019（24）：53-54.

[5]劉廷敏.西門子PLC系統(tǒng)在軋鋼線常見故障處理的應用[J].設備管理與維修，2019（22）：74-76.