郑州继飞机电设备有限公司

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西门子PLC系列产品

PLC系统故障分析

PLC主要由中央处理单元、输入接口、输出接口、通信接口等部分组成，其中CPU是PLC的核心，I/0部件是连接现场设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器和上位机连接。对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内；对于模块式PLC，各功能部件独立封装，称为模块或模板，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上。　　

PLC控制系统故障分为软件故障和硬件故障两部分。PLC系统包括中央处理器、主机箱、扩展机箱、I/O模块及相关的网络和外部设备。现场生产控制设备包括I/0端口和现场控制检测设备，稳定的电气柜，如继电器、接触器、阀门、电动机等。

1、PLC软件故障

PLC具有自诊断能力，发生模块功能错误时往往能报警并按预先程序作出反应，通过故障指示灯就可判断。当电源正常，各指示灯也指示正常，特别是输入信号正常，但系统功能不正常（输出无或乱）时，本着先易后难、先软后硬的检修原则首先检查用户程序是否出现问题。

用户程序储存在PLC的RAM中，是掉电易失性的，当后备电池故障系统电源发生闪失时，程序丢失或紊乱的可能性就很大，强烈的电磁干扰也会引起程序出错。

2、PLC硬件故障

①PLC主机系统故障

A、电源系统故障。电源在连续工作、散热中，电压和电流的波动冲击是不可避免的。

B、通讯网络系统故障。通讯及网络受外部干扰的可能性大，外部环境是造成通讯外部设备故障的主要因素之一。系统总线的损坏主要由于PLC多为插件结构，长期使用插拔模块会造成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线损坏，在空气温度变化、湿度变化的影响下，总线的塑料老化、印刷线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗的原因。

②PLC的I/O端口故障。

I/O模块的故障主要是外部各种干扰的影响，首先要按照其使用的要求进行使用，不可随意减少其外部保护设备，其次分析主要的干扰因素，对主要干扰源要进行隔离或处理。

③现场控制设备故障

A、继电器、接触器。减少此类故障应尽量选用高性能继电器，改善元器件使用环境，减少更换的频率。现场环境如果恶劣，接触器触点易打火或氧化，然后发热变形直至不能使用。

B、阀门或闸板等类设备。长期使用缺乏维护，机械、电气失灵是故障产生的主要原因，因这类设备的关键执行部位，相对的位移一般较大，或者要经过电气转换等几个步骤才能完成阀门或闸板的位置转换，或者利用电动执行机构推拉阀门或闸板的位置转换，机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。

C、开关、极限位置、安全保护和现场操作上的一些元件或设备故障，其原因可能是因为长期磨损，设计电气柜，或长期不用而锈蚀老化。对于这类设备故障的处理主要体现在定期维护，使设备时刻处于完好状态。对于限位开关尤其是重型设备上的限位开关除了定期检修外，还要在设计的过程中加入多重的保护措施。

D、PLC系统中的子设备，如接线盒、线端子、螺栓螺母等处故障。这类故障产生的原因主要是设备本身的制作工艺、安装工艺及长期的打火、锈蚀等造成。根据工程经验，这类故障一般是很难发现和维修的。所以在设备的安装和维修中一定要按照安装要求的安装工艺进行，不留设备隐患。

E、传感器和仪表故障。这类故障在控制系统中一般反映在信号的不正常。这类设备安装时信号线的屏蔽层应单端可靠接地，并尽量与动力电缆分开敷设，特别是高干扰的变频器输出电缆，而且要在PLC内部进行软件滤波。

F、电源、地线和信号线的噪声(干扰)故障。

PLC系统故障实例分析

1、PLC软故障实例

一台停机一段时间的PLC控制系统上电后无法启动

故障检查、处理：检修人员在检查后认为程序出错，很自然地将EPROM卡插人PLC中，总清后拷贝程序，完成后重启，故障依旧，由于程序不大，逐条把EPROM上的程序读出，与手册上的指令核对后发现完全一样，重复拷贝无效后认为是PLC硬件故障。

用PG将备份程序调出，与EPROM上的程序进行比对，结果语句指令表相同，但程序存放地址发生了变化，把备份程序发送到PLC后设备运行正常。可见EPROM上的程序也出现了错误，擦除后重新写入问题解决。

2、PLC硬件故障实例

①某石化装置西门子PLC（S7-300，CPU315-2DP）在使用时，突然停止运行。

故障检查、分析：检查警示灯、程序、供电电源，在检查报警时，发现CPU上BAT灯亮起。检査程序时，发现没有对电池失效进行故障处理。故障处理：更换CPU电池，对电池失效故障在程序中进行相应处理。

②某日晚，压缩机PLC与主控PLC通讯突然中断，主控DCS上显示压缩机PLC与主控PLC通讯中断报警，压缩机控制室里的电机信号在主控合成DCS上均显示红色（停止状态），压缩机控制室里的一些流量、压力、温度等信号，在主控合成DCS上均显示高低报警。由于通讯中断使压缩机控制室里一些重要联锁不能送到主控，从而使全厂停车

故障检查、分析：从理论上讲，引起压缩机PLC和主控PLC通讯中断的原因主要是两个：一个是软件不同步；另一个是由于硬件如CP525卡、CPU卡故障。

首先从软件方面进行处理。在主控PLC进行了同步操作，强制通讯数据字DW13的第14位，结果通讯仍然没有建立起来，看来不是主控PLC不同步引起的。接着在压缩机PLC对其进行了同步操作，强制通讯数据字MW10的第14位，结果通讯建立。从而确认这次压缩机的PLC与主控PLC通讯中断的原因是由于压缩机程序不同步引起的，造成程序不同步的原因是外界的电磁干扰。

故障处理：为了避免此类故障的再次发生，应加强控制室的屏蔽，禁止在控制室使用移动电话等通讯工具。

③西门子PLC（S7-300）的SF灯报警

故障检查、分析：SF灯报警说明输入点有故障。故障处理：检查各个输入点工作状态，在检查时发现现场一台温度变送器没有输入信号，经处理后故障消失。

④PLC某个输入点外部没有被接通（即使拆开该输人端子上的连接线效果也相同），但该输入点实际已经被接通而且相应输入指示灯常亮故障分析：判断该端子的相邻端子已经被接通，而PLC的输入端子之间存在铁屑，导致了该输入点被接通，或该输入点已经被损坏。

故障处理：拆开PLC的所有输入端子的连线，发现输入端子排上存在很多铁屑，将端子上的铁屑吹干净，然后恢复接线，故障被排除。

⑤控制系统PLC数字输入卡SF灯变红色

故障检查、分析：将卡件电源重新送电后，故障现象依然存在；重新启动PLC主机后，故障指示灯仍旧是红色。于是对卡件所接收的现场信号一一进行检查后发现一回讯开关有异常。用万用表测量后发现，回路电阻无穷大，这说明回讯开关坏而被数字输入卡检测到。故障处理：更换备件后故障指示灯灭。

⑥造粒机PLC控制系统模拟输入卡接收的现场信号在DCS上指示无穷大

故障检查、分析：分析可能是现场压力变送器和接线箱之间相互连接的通讯电缆出现故障，于是更换通讯电缆，但现象依然如故。仔细检查分析整个回路后发现，在回路中容易出现的地方有三个，压力变送器本身、通讯电缆、卡件，压力变送器、通讯电缆都已排除。将卡件拆开来看后发现里面的一个小的集成块已经被烧毁。故障处理：更换卡件。

⑦两个PLC互为热备的控制器中只有一个能够运行，另一个始终处于停止

故障检查、分析：将整个控制柜断电、送电后同时启动两个PLC主机还是只有一个PLC主机运行。查询相关资料后发现OB70，OB72两个系统功能块负责冗余故障，如果没有插入这两个功能块则系统冗余丢失，即只有一个CPU能够运行。故障处理：插入这两个系统功能块后，控制系统恢复正常。

一、系统的安装与调试

合理安排系统安装与调试程序，是确保高效优质地完成安装与调试任务的关键。

1、前期技术准备

系统安装调试前的技术准备工作越充分，安装与调试就会越顺利。前期技术准备工作包括下列内容：

(1)熟悉PC随机技术资料、原文资料，深入理解其性能、功能及各种操作要求，制订操作规程。

(2)深入了解设计资料、对系统工艺流程，特别是工艺对各生产设备的控制要求要有了解，在此基础上，按子系统绘制工艺流。程联锁图、系统功能图、系统运行逻辑框图、这将有助于对系统运行逻辑的深刻理解，是前期技术准备的重要环节。

(3)熟悉各工艺设备的性能、设计与安装情况，特别是各设备的控制与动力接线图，并与实物相对照，以及时发现错误并纠正。

(4)在了解设计方案与PC技术资料的基础上，列出PC输入输出点号表(包括内部线圈一览表，I/O所在位置，对应设备及各I/O点功能)。

(5)研读设计提供的程序，对逻辑复杂的部分输入、输出点绘制时序图，一些设计中的逻辑错误，在绘制时序图时即可发现。

(6)分子系统编制调试方案，然后在集体讨论的基础上综合成为全系统调试方案。

2、PLC商检

商检应有甲乙双方共同进行，应确认设备及备品、备件、技术资料、附件等的型号、数量、规格，其性能是否完好待实验室及现场调试时验证。商检结果，双方应签署交换清单。

3、实验室调试

(1)PLC的实验室安装与开通制作金属支架，将各工作站的输入、输出模块固定其上，按安装提要以同轴电缆将各站与主机、编程器、打印机等相连接，检查接线正确，供电电源等级与PLC电压选择相符合后，按开机程序送电，装入系统配置带，确认系统配置，装入编程器装载带、编程带等，按操作规程将系统开通，此时即可进行各项操作试验。

(2)键入工作程序

(3)模拟I/O输入、输出，检查修改程序本步骤的目的在于验证输入的工作程序的正确性，该程序的逻辑所表达的工艺设备的联锁关系是否与设计的工艺控制要求相符，程序是否畅通。

调试方法有两种：

①模拟方法：按设计做一块调试板，以钮子开关模拟输入节点，以小型继电器模拟生产工艺设备的继电器与接触器，其辅助接点模拟设备运行时的返回信号节点

②强置方法：利用PLC强置功能，对程序中涉及现场的机械触点(开关)，以强置的方法使其“通”、“断”，迫使程序运行。其优点是调试工作量小，简便，不需另外增加费用。缺点是逻辑验证不全，人工强置模拟现场节点“通”、“断”，会造成程序运行不能连续，只能分段进行。

根据我们现场调试的经验，对部分重要的现场节点采取模拟方式，结构紧凑的电气柜，其余的采用强置方式，取二者之长互补。

4、PLC的现场安装与检查

实验室调试完成后，待条件成熟，将设备移至现场安装。安装时应符合要求，插件插入牢靠，并用螺栓紧固；通信电缆要统一型号，不能混用，必要时要用仪器检查线路信号衰减量，其衰减值不超过技术资料提出的指标；测量主机、I/O柜、连接电缆等的对地绝缘电阻；测量系统专用接地的接地电阻；检查供电电源等等，并做好记录，待确认所有各项均符合要求后，才可通电开机。

5、现场设备接线、I/O接点及信号检查调整

对现场各工艺设备的控制回路、主回路接线的正确性进行检查并确认，在手动方式下进行单体试车；对进入PLC系统的全部输入点(包括转换开关、按钮、继电器与接触器触点，中牟电气柜，限位开关、仪表的位式调试开关等)及其与PLC输入模块的连线进行检查并反复操作，确认其正确性；

因为只要所有外部工艺设备完好，所有送入PLC的外部节点正确、可靠、稳定，所有线路连接无误，加上程序逻辑验证无误，则进入联动调试时，就能一举成功，收到事半功倍的效果。

6、系统模拟联动空投试验

本步骤的试验目的是将经过实验室调试的PLC机及逻辑程序，放到实际工艺流程中，通过现场工艺设备的输入、输出节点及连接线路进行系统运行的逻辑验证。

对模拟联动空投实验中不能动作的执行机构，料位开关、限位开关、仪表的开关量与模拟量输入、输出节点，与其他子系统的联锁等，视具体情况采用手动辅助、外部输入、机内强置等手段加以模拟，以协助PLC指挥整个系统按设计的逻辑控制要求运行。

7、PLC控制的单体试车

步骤试验的目的是确认PLC输出回路能否驱动继电器、接触器的正常接通，而使设备运转，并检查运转后的设备，其返回信号是否能正确送人PLC输入回路，限位开关能否正常动作。

试验时应特别注意，被强置的设备应悬挂运转危险指示牌，设专人值守。待机旁值守人员发出指令后，PLC操作人员才能强置设备起动。

8、PLC控制下的系统无负荷联动试运转

本步骤的试验目的是确认经过单体无负荷试运的工艺设备与经过系统模拟试运证明逻辑无误的PLC联接后，能否按工艺要求正确运行，信号系统是否正确，检验各外部节点的可靠性、稳定性。

二、信号衰减问题的讨论

(1)从PLC主机至I/O站的信号衰减值为35dB。

(2)通信电缆采用单总线方式敷设，即由统一的通信干线通过分支器接I/O站，而不是呈星敷设。

(3)分支器应尽可能靠近I/O站，以减少干扰。

(4)通信电缆末端应接75Ω电阻的BNC电缆终端器，与各I/O柜相连接，将电缆由I/O柜拆下时，带75Ω电阻的终端头应连在电缆网络的一头，以保持良好的匹配。

(5)通信电缆与高压电缆间距至少应保证40cm/kV；必须与高压电缆交叉时，必须垂直交叉。

(6)通信电缆应避免与交流电源线平行敷设，以减少交流电源对通信的干扰。

(7)通信电缆敷设要避开高温及易受化学腐蚀的地区。

(8)电缆敷设时要按0.05%/℃留有余地，以满足热胀冷缩的要求。

(9)所有电缆接头，分支器等均应连接紧密，用螺钉紧固。

(10)剥削电缆外皮时，切忌损坏屏蔽层，切断金属铂与绝缘体时，一定要用剥线钳，切忌刻伤损坏中心导线。

三、系统接地问题的讨论

(1)主机及各分支站以上的部分，其接地应用10mm2的编织铜线汇接在一起经单独引下线接至独立的接地网，一定要与低压接地网分开，以避免干扰。系统接地电阻应小于4Ω。PLC主机及各屏、柜与基础底座间要垫3mm厚橡胶使之绝缘、螺栓也要经过绝缘处理。

(2)I/O站设备本体的接地应用单独的引下线引至共用接地网。

(3)通信电缆屏蔽层应在PLC主机侧I/O处理模块处一起汇集接到系统的专用接地网，在I/O站一侧则不应接地。电缆接头的接地也应通过电缆屏蔽层接至专用接地网。

(4)电源应采用隔离方式，即电源中性线浮地，当不平衡电流出现时将经电源中性线直接进入系统中性点，而不会经保护接地形成回路，造成对PLC运行和干扰。

(5)I/O模块的接地接至电源中性线上。

电气柜1、以下操作危险，要非常小心：

a) 编程器在线状态下，按“STOP”按钮，或者在菜单中选择“STOP”，都将导致PLC停机。

b) 编程器在线状态下，下zai整个项目，将导致PLC停机。

c) 编程器在线状态下，修改硬件配置，将导致PLC停机。

2、在改动程序前，要做好备份。

3、可以利用离线仿zhen器和备份程序多进行练习：

a) 在菜单中选择仿zhen器；

b) 重新生成项目（Rebuild All Project）并下zai。

c) 进行各种操作练习。

4、INTOUCH访问施耐德PLC变量的寻址规则：

a) DI以1开头，且要补足6位，例如：100417，访问的是地址为417的DI。

b) DO和M以0开头，且要补足6位，例如：000417，访问的是地址为417的DO。

c) MW以4开头，且要补足6位，例如：400417，访问的是MW417。若访问的是实数，则为：400417 F。

d) %M区域用于中间变量和DO的寻址空间，一般DO用低位地址，中间变量用高位地址。

e) %MW区域与%M区域为相互独立的区域（西门子为重叠区域）。

f) PLC中无地址的中间变量不能被INTOUCH访问。

5、变量表（Variables & FB instances）：

a) used列里显示在程序里用到的次数。如果被画面访问，则不计数。因此，如果某变量显示没有被使用，也可能被画面使用。

6、程序的一致性：

a) 在线和离线程序如果不一致，将不可以在线。若找不到一致的程序，可kao的办法是从PLC上载一个程序（包括动态变量表以外的所有信息）并存盘即可。（下zai不一致的离线程序会导致PLC停机）

b) 简单的程序修改要在线修改，基本过程：在线->修改->自动发现不同->生成并下zai变更部分（Build Project）->断开，选择上传信息->离线保存。

c) 强制变量不会影响一致性。

d) 修改硬件会导致程序不一致。

7、交叉索引：

a) 查找板卡的变量：打开板卡->选择变量类型->刷新，出现变量列表->拷贝需查找的变量名字->搜索该变量。

b) 查找程序中的变量：双击程序的变量->选择名字->搜索该变量

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

d) 从HMI反查变量：

①　HMI变量查到PLC内的绝地地址

②　程序搜索到符号名

③　用符号名搜索变量的使用位置。

8、查看变量事情情况电气柜

a) 打开CPU配置，查看Configuration

b) da区域配置

c) 通过Viewer查看各种变量是否使用（无法统计画面的访问情况）。

9、CPU同步

在线修改程序时，只会修改主CPU的，在调试完成后，需要手工同步到备用CPU：

1）按ESC

2）按→选择PLC OP

3）按→进入菜单

4）按↑，选择Hot Standby

5）按→进入

6）按↑，选择Transfer

7）按→，并按Enter确认，开始传送。电气柜