【摘要】 闡述了西門子S7-400 PLC(可編程控制器)在生產(chǎn)現(xiàn)場易出現(xiàn)的故障，表現(xiàn)出來的故障現(xiàn)象，并通過分析原因采取的有針對性的處理方法。

　　【關(guān)鍵詞】西門子 S7-400 PLC 系統(tǒng)運行 故障 診斷 處理方法

　　前言

　　西門子S7-400 PLC 在鞍鋼各生產(chǎn)廠使用的PLC中占有較高比例，保產(chǎn)單位如鐵運公司的信號控制也在使用。所以針對該品牌PLC及相關(guān)設(shè)備的維護(hù)及故障處理顯得尤為重要。筆者將根據(jù)多年相關(guān)技術(shù)的培訓(xùn)經(jīng)驗總結(jié)一些典型的故障現(xiàn)象，從保障設(shè)備運行的角度分析故障原因，以及科學(xué)快速的處理方法。

　　故障原因分類

　　根據(jù)多年現(xiàn)場維護(hù)設(shè)備人員的維護(hù)經(jīng)驗來分析，西門子S7-400 PLC故障來源大致可以分為外圍設(shè)備導(dǎo)致的故障、PLC模塊內(nèi)部故障、通信設(shè)備故障。下面將從以上三個方面討論本文內(nèi)容。

　　外圍設(shè)備導(dǎo)致的故障與處理

　　3.1外圍電路元器件故障

　　此類故障在S7-400 PLC工作一定時間后的故障中經(jīng)常發(fā)生。在PLC控制回路中如果出現(xiàn)元器件損壞故障，PLC控制系統(tǒng)就會立即自動停止工作。

　　輸入電路是PLC接受開關(guān)量、模擬量等輸入信號的端口，其元器件質(zhì)量的優(yōu)劣、接線方式及是否牢靠也是影響控制系統(tǒng)可靠性的重要因素。

　　對于開關(guān)量輸出來說，PLC的輸出有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出三種形式，具體選擇哪種形式的輸出應(yīng)根據(jù)負(fù)載要求來決定，選擇不當(dāng)會使系統(tǒng)可靠性降低 嚴(yán)重時導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。

　　此外，PLC的輸出端子帶負(fù)載能力是有限的.如果超過了規(guī)定的上限值.必須外接繼電器或接觸器.才能正常工作。

　　外接繼電器、接觸器、電磁閥等執(zhí)行元件的質(zhì)量，是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。常見的故障有線圈短路、機(jī)械故障造成觸點不動或接觸不良，接觸器觸點發(fā)生氧化， 變形損壞。所以控制箱的地方，保持良好的氣密性，運行環(huán)境方面的高品質(zhì)是安裝控制箱的最佳選擇，同時，使用環(huán)保電器元件， 盡量減少其故障的頻率，減少更換損耗，確保系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運行。

　　3.2端子接線接觸不良

　　此類故障在PLC工作一定時間后隨著設(shè)備動作的頻率升高出現(xiàn)。由于控制柜配線缺陷或者使用中的震動加劇及機(jī)械壽命等原因，接線頭或元器件接線柱易產(chǎn)生松動而引起接觸不良。

　　這類故障的排除方法是使用萬用表，借助控制系統(tǒng)原理圖或者是PLC邏輯梯形圖進(jìn)行故障診斷維修。

　　對于某些比較重要的外設(shè)接線端子的接線，為保證可靠連接，一般采用焊接冷壓片或冷壓插針的方法處理。在PLC 系統(tǒng)中子設(shè)備主要包括第二接線盒，卡箍和安裝螺母。這些設(shè)備的故障不僅與其質(zhì)量有關(guān)，還與安裝過程中的問題有關(guān)，如拆卸電線和螺絲的過程。另外，重型拆卸很容易損壞附近的部件，長期腐蝕也是導(dǎo)致故障的主要原因。為避免此類故障， 嚴(yán)格執(zhí)行安裝和維護(hù)過程以避免潛在問題。

　　3.3 PLC受到干擾引起的功能性故障

　　自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC，是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境(高溫、電磁輻射、震動、有害氣體等)而設(shè)計的控制裝置。在設(shè)計和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運行穩(wěn)定性和較高的可靠性。因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。PLC受到的干擾可分為外部干擾和內(nèi)部干擾。

　　在實際的生產(chǎn)環(huán)境下，外部干擾是隨機(jī)的，與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，且干擾源是無法消除的 只能針對具體情況加以限制。

　　內(nèi)部干擾與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān)。主要通過系統(tǒng)內(nèi)交流主電路、模擬量輸入信號等引起，通過精心設(shè)計系統(tǒng)線路或系統(tǒng)軟件濾波等處理，可使內(nèi)部干擾得到大限度的抑制。

　　PLC生產(chǎn)現(xiàn)場的抗干擾技術(shù)措施——通常從電源與接地保護(hù)、接線安排 屏蔽和抗噪聲等4個方面著手考慮：

　　(1)電源與接地保護(hù)

　　PLC本身的抗干擾能力一般都很強(qiáng)。通常將PLC的電源與系統(tǒng)的動力設(shè)備電源分開配線 對于電源線來的干擾，一般都有足夠強(qiáng)的抑制能力。

　　但是電源干擾特別嚴(yán)重，可加接一個帶屏蔽層的隔離變壓器以減少設(shè)備與地之間的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。如果一個系統(tǒng)中含有擴(kuò)展單元，則其電源必須與基本單元共用一個開關(guān)控制，也就是說，它們的上電與斷電必須同時進(jìn)行。

　　為了抑制附加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC接專用地線 接地線線徑要足夠粗.接地電阻要小于4Ω，接地點應(yīng)盡可能靠近PLC，并且接地點要與其它設(shè)備分開。對供電系統(tǒng)中的強(qiáng)電設(shè)備，其外殼、柜體、框架、機(jī)座及操作手柄等金屬構(gòu)件必須保護(hù)接地。

　　PLC內(nèi)部電路包括CPU、存儲器和其他接口共接數(shù)字地.外部電路包括A/D、D/A 等共接模擬地 并用粗短的銅線將PLC底板與中央接地點星形聯(lián)結(jié)防噪聲干擾。PLC非接地工作時，應(yīng)將PLC的安裝支架容性接地以抑制電磁干擾。(2)接線安排

　　電氣柜內(nèi)線路走線布置

　�、僦挥袔�屏蔽的模擬量輸入信號線才能與數(shù)字量信號線裝在同一線槽內(nèi)，直流電壓數(shù)字量信號線和模擬量信號線不能與交流電壓線同在一線槽內(nèi)。

　�、谥挥袔�屏蔽的220V電源線才能與信號線裝在同一線槽內(nèi)。

　�、垭姎夤耠娎|插頭的屏蔽一定要可靠接地。

　　電氣柜外部走線安排

　�、僦绷骱徒涣麟妷旱臄�(shù)字量信號線和模擬量信號線一定要各自用獨立的電纜，且要用屏蔽電纜。

　�、谛盘柧�電纜可與電源電纜共同裝在一線槽內(nèi)，為改進(jìn)抗噪性建議保證間隔10cm以上。

　　(3)屏蔽處理，PLC外殼的屏蔽，一般應(yīng)保證與電氣柜浮空。在PLC外殼底板上加裝一塊等位屏蔽板(一般使用鍍鋅板).保護(hù)地使用銅導(dǎo)線與底板保持一點連接其截面積應(yīng)不少于1 0mm ，以構(gòu)成等位屏蔽體，有效地消除外部電磁場的干擾。

　　對模擬量信號的屏蔽總線可絕緣并將中央點連到參考電位或地(GND)上。數(shù)字量信號線的電纜兩端接地可保證較好地排除高頻干擾。

　　(4)抗噪聲的措施

　　對處于強(qiáng)磁場(例如變壓器)的部分要進(jìn)行金屬屏蔽 電控柜內(nèi)不宜采用熒光燈具照明。PLC控制系統(tǒng)電源也應(yīng)采用相應(yīng)的抗干擾措施。

　　PLC控制系統(tǒng)電源抗干擾的方法有采用隔離變壓器、低通濾波器及應(yīng)用頻譜均衡法3種。其中隔離變壓器是常用的，因為PLC的I/O模塊電源常用DC24V，須經(jīng)隔離變壓器降壓，再經(jīng)整流橋整流供給，或者直接使用開關(guān)電源供給。

　　3.4 PLC周期性死機(jī)

　　PLC周期性死機(jī)的特征是PLC每運行若干時間就出現(xiàn)死機(jī)或者程序混亂，或者出現(xiàn)不同的中斷故障顯示，重新啟動后又一切正常。根據(jù)實踐經(jīng)驗認(rèn)為，該現(xiàn)象常見原因是由于PLC機(jī)體長時間的積灰造成。

　　所以應(yīng)定期對PLC機(jī)架插槽接口處進(jìn)行吹掃。吹掃時可先用壓縮空氣或軟毛刷將控制板上、各插槽中的灰塵吹掃凈，再用95%酒精擦凈插槽及控制板插頭。清掃完畢后細(xì)心檢查一遍，恢復(fù)開機(jī)便能正常運行。

　　PLC程序丟失通常是由于接地不良接線有誤、操作失誤和干擾等幾個方面的原因造成的：

　　(1)PLC 主機(jī)及模塊必須有良好的接地。

　　(2)主機(jī)電源線的相線與中性線必須接線正確。

　　(3)預(yù)先準(zhǔn)備好程序包，用作備份。

　　(4)使用手持編程器查找故障時，應(yīng)將鎖定開關(guān)置于垂直位置，拔出就可起到保護(hù)內(nèi)存的功能。

　　(5)由于干擾的原因造成PLC程序丟失.其處理方法可參照PLC受干擾引起故障的處理。

　　科技論文投稿刊物：《科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊》雜志社創(chuàng)刊于1993年，是自然科學(xué)類綜合性學(xué)術(shù)期刊。經(jīng)國家新聞出版廣電總局2015年4月批準(zhǔn)，由原來的《科技致富向?qū)А冯s志于2015年7月份正式更名為《科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊》(刊號為CN37-1508/N)。 雜志國際標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)出版物號ISSN 2096-1995，國內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號CN37-1508/N;旬刊，216頁(2015年10月以前為296頁);主管、主辦單位為中國科協(xié)科普部、山東省科協(xié)，面向國內(nèi)外正式出版發(fā)行。

　　總之，在S7-400 PLC 系統(tǒng)運行期間，如果發(fā)生故障，將直接影響設(shè)備的整體性能。隨著誤差的擴(kuò)大，設(shè)備的運行被嚴(yán)重中斷，甚至?xí)�發(fā)生生產(chǎn)事故。西門子 300/400 PLC 系統(tǒng)錯誤，其內(nèi)部和外部以及報警性能是確定內(nèi)部錯誤，并從顯示在同一時間的OB 是處理方式或工作模式轉(zhuǎn)換到報警信號。當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)， 應(yīng)采用多種方法診斷分析，只有多渠道、多方面的統(tǒng)籌考慮才能高效找出故障原因和解決方法。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 李子謙 . 淺談西門子 400PLC 運行故障診斷 [J]. 科技風(fēng)， 2014(13):190.

　　作者：郭欣