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西門子PLC系列產品

PLC系統故障分析

PLC主要由中央處理單元、輸入接口、輸出接口、通信接口等部分組成，其中CPU是PLC的核心，I/0部件是連接現場設備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器和上位機連接。對于整體式PLC，所有部件都裝在同一機殼內；對于模塊式PLC，各功能部件獨立封裝，稱為模塊或模板，各模塊通過總線連接，安裝在機架或導軌上。　　

PLC控制系統故障分為軟件故障和硬件故障兩部分。PLC系統包括中央處理器、主機箱、擴展機箱、I/O模塊及相關的網絡和外部設備?，F場生產控制設備包括I/0端口和現場控制檢測設備，穩(wěn)定的電氣柜，如繼電器、接觸器、閥門、電動機等。

1、PLC軟件故障

PLC具有自診斷能力，發(fā)生模塊功能錯誤時往往能報警并按預先程序作出反應，通過故障指示燈就可判斷。當電源正常，各指示燈也指示正常，特別是輸入信號正常，但系統功能不正常（輸出無或亂）時，本著先易后難、先軟后硬的檢修原則首先檢查用戶程序是否出現問題。

用戶程序儲存在PLC的RAM中，是掉電易失性的，當后備電池故障系統電源發(fā)生閃失時，程序丟失或紊亂的可能性就很大，強烈的電磁干擾也會引起程序出錯。

2、PLC硬件故障

①PLC主機系統故障

A、電源系統故障。電源在連續(xù)工作、散熱中，電壓和電流的波動沖擊是不可避免的。

B、通訊網絡系統故障。通訊及網絡受外部干擾的可能性大，外部環(huán)境是造成通訊外部設備故障的主要因素之一。系統總線的損壞主要由于PLC多為插件結構，長期使用插拔模塊會造成局部印刷板或底板、接插件接口等處的總線損壞，在空氣溫度變化、濕度變化的影響下，總線的塑料老化、印刷線路的老化、接觸點的氧化等都是系統總線損耗的原因。

②PLC的I/O端口故障。

I/O模塊的故障主要是外部各種干擾的影響，首先要按照其使用的要求進行使用，不可隨意減少其外部保護設備，其次分析主要的干擾因素，對主要干擾源要進行隔離或處理。

③現場控制設備故障

A、繼電器、接觸器。減少此類故障應盡量選用高性能繼電器，改善元器件使用環(huán)境，減少更換的頻率?，F場環(huán)境如果惡劣，接觸器觸點易打火或氧化，然后發(fā)熱變形直至不能使用。

B、閥門或閘板等類設備。長期使用缺乏維護，機械、電氣失靈是故障產生的主要原因，因這類設備的關鍵執(zhí)行部位，相對的位移一般較大，或者要經過電氣轉換等幾個步驟才能完成閥門或閘板的位置轉換，或者利用電動執(zhí)行機構推拉閥門或閘板的位置轉換，機械、電氣、液壓等各環(huán)節(jié)稍有不到位就會產生誤差或故障。

C、開關、極限位置、安全保護和現場操作上的一些元件或設備故障，其原因可能是因為長期磨損，設計電氣柜，或長期不用而銹蝕老化。對于這類設備故障的處理主要體現在定期維護，使設備時刻處于完好狀態(tài)。對于限位開關尤其是重型設備上的限位開關除了定期檢修外，還要在設計的過程中加入多重的保護措施。

D、PLC系統中的子設備，如接線盒、線端子、螺栓螺母等處故障。這類故障產生的原因主要是設備本身的制作工藝、安裝工藝及長期的打火、銹蝕等造成。根據工程經驗，這類故障一般是很難發(fā)現和維修的。所以在設備的安裝和維修中一定要按照安裝要求的安裝工藝進行，不留設備隱患。

E、傳感器和儀表故障。這類故障在控制系統中一般反映在信號的不正常。這類設備安裝時信號線的屏蔽層應單端可靠接地，并盡量與動力電纜分開敷設，特別是高干擾的變頻器輸出電纜，而且要在PLC內部進行軟件濾波。

F、電源、地線和信號線的噪聲(干擾)故障。

PLC系統故障實例分析

1、PLC軟故障實例

一臺停機一段時間的PLC控制系統上電后無法啟動

故障檢查、處理：檢修人員在檢查后認為程序出錯，很自然地將EPROM卡插人PLC中，總清后拷貝程序，完成后重啟，故障依舊，由于程序不大，逐條把EPROM上的程序讀出，與手冊上的指令核對后發(fā)現完全一樣，重復拷貝無效后認為是PLC硬件故障。

用PG將備份程序調出，與EPROM上的程序進行比對，結果語句指令表相同，但程序存放地址發(fā)生了變化，把備份程序發(fā)送到PLC后設備運行正常。可見EPROM上的程序也出現了錯誤，擦除后重新寫入問題解決。

2、PLC硬件故障實例

①某石化裝置西門子PLC（S7-300，CPU315-2DP）在使用時，突然停止運行。

故障檢查、分析：檢查警示燈、程序、供電電源，在檢查報警時，發(fā)現CPU上BAT燈亮起。檢査程序時，發(fā)現沒有對電池失效進行故障處理。故障處理：更換CPU電池，對電池失效故障在程序中進行相應處理。

②某日晚，壓縮機PLC與主控PLC通訊突然中斷，主控DCS上顯示壓縮機PLC與主控PLC通訊中斷報警，壓縮機控制室里的電機信號在主控合成DCS上均顯示紅色（停止狀態(tài)），壓縮機控制室里的一些流量、壓力、溫度等信號，在主控合成DCS上均顯示高低報警。由于通訊中斷使壓縮機控制室里一些重要聯鎖不能送到主控，從而使全廠停車

故障檢查、分析：從理論上講，引起壓縮機PLC和主控PLC通訊中斷的原因主要是兩個：一個是軟件不同步；另一個是由于硬件如CP525卡、CPU卡故障。

首先從軟件方面進行處理。在主控PLC進行了同步操作，強制通訊數據字DW13的第14位，結果通訊仍然沒有建立起來，看來不是主控PLC不同步引起的。接著在壓縮機PLC對其進行了同步操作，強制通訊數據字MW10的第14位，結果通訊建立。從而確認這次壓縮機的PLC與主控PLC通訊中斷的原因是由于壓縮機程序不同步引起的，造成程序不同步的原因是外界的電磁干擾。

故障處理：為了避免此類故障的再次發(fā)生，應加強控制室的屏蔽，禁止在控制室使用移動電話等通訊工具。

③西門子PLC（S7-300）的SF燈報警

故障檢查、分析：SF燈報警說明輸入點有故障。故障處理：檢查各個輸入點工作狀態(tài)，在檢查時發(fā)現現場一臺溫度變送器沒有輸入信號，經處理后故障消失。

④PLC某個輸入點外部沒有被接通（即使拆開該輸人端子上的連接線效果也相同），但該輸入點實際已經被接通而且相應輸入指示燈常亮故障分析：判斷該端子的相鄰端子已經被接通，而PLC的輸入端子之間存在鐵屑，導致了該輸入點被接通，或該輸入點已經被損壞。

故障處理：拆開PLC的所有輸入端子的連線，發(fā)現輸入端子排上存在很多鐵屑，將端子上的鐵屑吹干凈，然后恢復接線，故障被排除。

⑤控制系統PLC數字輸入卡SF燈變紅色

故障檢查、分析：將卡件電源重新送電后，故障現象依然存在；重新啟動PLC主機后，故障指示燈仍舊是紅色。于是對卡件所接收的現場信號一一進行檢查后發(fā)現一回訊開關有異常。用萬用表測量后發(fā)現，回路電阻無窮大，這說明回訊開關壞而被數字輸入卡檢測到。故障處理：更換備件后故障指示燈滅。

⑥造粒機PLC控制系統模擬輸入卡接收的現場信號在DCS上指示無窮大

故障檢查、分析：分析可能是現場壓力變送器和接線箱之間相互連接的通訊電纜出現故障，于是更換通訊電纜，但現象依然如故。仔細檢查分析整個回路后發(fā)現，在回路中容易出現的地方有三個，壓力變送器本身、通訊電纜、卡件，壓力變送器、通訊電纜都已排除。將卡件拆開來看后發(fā)現里面的一個小的集成塊已經被燒毀。故障處理：更換卡件。

⑦兩個PLC互為熱備的控制器中只有一個能夠運行，另一個始終處于停止

故障檢查、分析：將整個控制柜斷電、送電后同時啟動兩個PLC主機還是只有一個PLC主機運行。查詢相關資料后發(fā)現OB70，OB72兩個系統功能塊負責冗余故障，如果沒有插入這兩個功能塊則系統冗余丟失，即只有一個CPU能夠運行。故障處理：插入這兩個系統功能塊后，控制系統恢復正常。

一、系統的安裝與調試

合理安排系統安裝與調試程序，是確保高效優(yōu)質地完成安裝與調試任務的關鍵。

1、前期技術準備

系統安裝調試前的技術準備工作越充分，安裝與調試就會越順利。前期技術準備工作包括下列內容：

(1)熟悉PC隨機技術資料、原文資料，深入理解其性能、功能及各種操作要求，制訂操作規(guī)程。

(2)深入了解設計資料、對系統工藝流程，特別是工藝對各生產設備的控制要求要有了解，在此基礎上，按子系統繪制工藝流。程聯鎖圖、系統功能圖、系統運行邏輯框圖、這將有助于對系統運行邏輯的深刻理解，是前期技術準備的重要環(huán)節(jié)。

(3)熟悉各工藝設備的性能、設計與安裝情況，特別是各設備的控制與動力接線圖，并與實物相對照，以及時發(fā)現錯誤并糾正。

(4)在了解設計方案與PC技術資料的基礎上，列出PC輸入輸出點號表(包括內部線圈一覽表，I/O所在位置，對應設備及各I/O點功能)。

(5)研讀設計提供的程序，對邏輯復雜的部分輸入、輸出點繪制時序圖，一些設計中的邏輯錯誤，在繪制時序圖時即可發(fā)現。

(6)分子系統編制調試方案，然后在集體討論的基礎上綜合成為全系統調試方案。

2、PLC商檢

商檢應有甲乙雙方共同進行，應確認設備及備品、備件、技術資料、附件等的型號、數量、規(guī)格，其性能是否完好待實驗室及現場調試時驗證。商檢結果，雙方應簽署交換清單。

3、實驗室調試

(1)PLC的實驗室安裝與開通制作金屬支架，將各工作站的輸入、輸出模塊固定其上，按安裝提要以同軸電纜將各站與主機、編程器、打印機等相連接，檢查接線正確，供電電源等級與PLC電壓選擇相符合后，按開機程序送電，裝入系統配置帶，確認系統配置，裝入編程器裝載帶、編程帶等，按操作規(guī)程將系統開通，此時即可進行各項操作試驗。

(2)鍵入工作程序

(3)模擬I/O輸入、輸出，檢查修改程序本步驟的目的在于驗證輸入的工作程序的正確性，該程序的邏輯所表達的工藝設備的聯鎖關系是否與設計的工藝控制要求相符，程序是否暢通。

調試方法有兩種：

①模擬方法：按設計做一塊調試板，以鈕子開關模擬輸入節(jié)點，以小型繼電器模擬生產工藝設備的繼電器與接觸器，其輔助接點模擬設備運行時的返回信號節(jié)點

②強置方法：利用PLC強置功能，對程序中涉及現場的機械觸點(開關)，以強置的方法使其“通”、“斷”，迫使程序運行。其優(yōu)點是調試工作量小，簡便，不需另外增加費用。缺點是邏輯驗證不全，人工強置模擬現場節(jié)點“通”、“斷”，會造成程序運行不能連續(xù)，只能分段進行。

根據我們現場調試的經驗，對部分重要的現場節(jié)點采取模擬方式，結構緊湊的電氣柜，其余的采用強置方式，取二者之長互補。

4、PLC的現場安裝與檢查

實驗室調試完成后，待條件成熟，將設備移至現場安裝。安裝時應符合要求，插件插入牢靠，并用螺栓緊固；通信電纜要統一型號，不能混用，必要時要用儀器檢查線路信號衰減量，其衰減值不超過技術資料提出的指標；測量主機、I/O柜、連接電纜等的對地絕緣電阻；測量系統專用接地的接地電阻；檢查供電電源等等，并做好記錄，待確認所有各項均符合要求后，才可通電開機。

5、現場設備接線、I/O接點及信號檢查調整

對現場各工藝設備的控制回路、主回路接線的正確性進行檢查并確認，在手動方式下進行單體試車；對進入PLC系統的全部輸入點(包括轉換開關、按鈕、繼電器與接觸器觸點，中牟電氣柜，限位開關、儀表的位式調試開關等)及其與PLC輸入模塊的連線進行檢查并反復操作，確認其正確性；

因為只要所有外部工藝設備完好，所有送入PLC的外部節(jié)點正確、可靠、穩(wěn)定，所有線路連接無誤，加上程序邏輯驗證無誤，則進入聯動調試時，就能一舉成功，收到事半功倍的效果。

6、系統模擬聯動空投試驗

本步驟的試驗目的是將經過實驗室調試的PLC機及邏輯程序，放到實際工藝流程中，通過現場工藝設備的輸入、輸出節(jié)點及連接線路進行系統運行的邏輯驗證。

對模擬聯動空投實驗中不能動作的執(zhí)行機構，料位開關、限位開關、儀表的開關量與模擬量輸入、輸出節(jié)點，與其他子系統的聯鎖等，視具體情況采用手動輔助、外部輸入、機內強置等手段加以模擬，以協助PLC指揮整個系統按設計的邏輯控制要求運行。

7、PLC控制的單體試車

步驟試驗的目的是確認PLC輸出回路能否驅動繼電器、接觸器的正常接通，而使設備運轉，并檢查運轉后的設備，其返回信號是否能正確送人PLC輸入回路，限位開關能否正常動作。

試驗時應特別注意，被強置的設備應懸掛運轉危險指示牌，設專人值守。待機旁值守人員發(fā)出指令后，PLC操作人員才能強置設備起動。

8、PLC控制下的系統無負荷聯動試運轉

本步驟的試驗目的是確認經過單體無負荷試運的工藝設備與經過系統模擬試運證明邏輯無誤的PLC聯接后，能否按工藝要求正確運行，信號系統是否正確，檢驗各外部節(jié)點的可靠性、穩(wěn)定性。

二、信號衰減問題的討論

(1)從PLC主機至I/O站的信號衰減值為35dB。

(2)通信電纜采用單總線方式敷設，即由統一的通信干線通過分支器接I/O站，而不是呈星敷設。

(3)分支器應盡可能靠近I/O站，以減少干擾。

(4)通信電纜末端應接75Ω電阻的BNC電纜終端器，與各I/O柜相連接，將電纜由I/O柜拆下時，帶75Ω電阻的終端頭應連在電纜網絡的一頭，以保持良好的匹配。

(5)通信電纜與高壓電纜間距至少應保證40cm/kV；必須與高壓電纜交叉時，必須垂直交叉。

(6)通信電纜應避免與交流電源線平行敷設，以減少交流電源對通信的干擾。

(7)通信電纜敷設要避開高溫及易受化學腐蝕的地區(qū)。

(8)電纜敷設時要按0.05%/℃留有余地，以滿足熱脹冷縮的要求。

(9)所有電纜接頭，分支器等均應連接緊密，用螺釘緊固。

(10)剝削電纜外皮時，切忌損壞屏蔽層，切斷金屬鉑與絕緣體時，一定要用剝線鉗，切忌刻傷損壞中心導線。

三、系統接地問題的討論

(1)主機及各分支站以上的部分，其接地應用10mm2的編織銅線匯接在一起經單獨引下線接至獨立的接地網，一定要與低壓接地網分開，以避免干擾。系統接地電阻應小于4Ω。PLC主機及各屏、柜與基礎底座間要墊3mm厚橡膠使之絕緣、螺栓也要經過絕緣處理。

(2)I/O站設備本體的接地應用單獨的引下線引至共用接地網。

(3)通信電纜屏蔽層應在PLC主機側I/O處理模塊處一起匯集接到系統的專用接地網，在I/O站一側則不應接地。電纜接頭的接地也應通過電纜屏蔽層接至專用接地網。

(4)電源應采用隔離方式，即電源中性線浮地，當不平衡電流出現時將經電源中性線直接進入系統中性點，而不會經保護接地形成回路，造成對PLC運行和干擾。

(5)I/O模塊的接地接至電源中性線上。

電氣柜1、以下操作危險，要非常小心：

a) 編程器在線狀態(tài)下，按“STOP”按鈕，或者在菜單中選擇“STOP”，都將導致PLC停機。

b) 編程器在線狀態(tài)下，下zai整個項目，將導致PLC停機。

c) 編程器在線狀態(tài)下，修改硬件配置，將導致PLC停機。

2、在改動程序前，要做好備份。

3、可以利用離線仿zhen器和備份程序多進行練習：

a) 在菜單中選擇仿zhen器；

b) 重新生成項目（Rebuild All Project）并下zai。

c) 進行各種操作練習。

4、INTOUCH訪問施耐德PLC變量的尋址規(guī)則：

a) DI以1開頭，且要補足6位，例如：100417，訪問的是地址為417的DI。

b) DO和M以0開頭，且要補足6位，例如：000417，訪問的是地址為417的DO。

c) MW以4開頭，且要補足6位，例如：400417，訪問的是MW417。若訪問的是實數，則為：400417 F。

d) %M區(qū)域用于中間變量和DO的尋址空間，一般DO用低位地址，中間變量用高位地址。

e) %MW區(qū)域與%M區(qū)域為相互獨立的區(qū)域（西門子為重疊區(qū)域）。

f) PLC中無地址的中間變量不能被INTOUCH訪問。

5、變量表（Variables & FB instances）：

a) used列里顯示在程序里用到的次數。如果被畫面訪問，則不計數。因此，如果某變量顯示沒有被使用，也可能被畫面使用。

6、程序的一致性：

a) 在線和離線程序如果不一致，將不可以在線。若找不到一致的程序，可kao的辦法是從PLC上載一個程序（包括動態(tài)變量表以外的所有信息）并存盤即可。（下zai不一致的離線程序會導致PLC停機）

b) 簡單的程序修改要在線修改，基本過程：在線->修改->自動發(fā)現不同->生成并下zai變更部分（Build Project）->斷開，選擇上傳信息->離線保存。

c) 強制變量不會影響一致性。

d) 修改硬件會導致程序不一致。

7、交叉索引：

a) 查找板卡的變量：打開板卡->選擇變量類型->刷新，出現變量列表->拷貝需查找的變量名字->搜索該變量。

b) 查找程序中的變量：雙擊程序的變量->選擇名字->搜索該變量

c) 注意：如果要查找程序中的使用位置，需要用名字（Name）進行搜索，而不能用地址（Addresses）。

d) 從HMI反查變量：

①　HMI變量查到PLC內的絕地地址

②　程序搜索到符號名

③　用符號名搜索變量的使用位置。

8、查看變量事情情況電氣柜

a) 打開CPU配置，查看Configuration

b) da區(qū)域配置

c) 通過Viewer查看各種變量是否使用（無法統計畫面的訪問情況）。

9、CPU同步

在線修改程序時，只會修改主CPU的，在調試完成后，需要手工同步到備用CPU：

1）按ESC

2）按→選擇PLC OP

3）按→進入菜單

4）按↑，選擇Hot Standby

5）按→進入

6）按↑，選擇Transfer

7）按→，并按Enter確認，開始傳送。電氣柜