西门子PLC系统主要故障探讨

西门子PLC系统主要故障探讨

刘冠华

（国投广东生物能源有限公司）

摘要：西门子PLC系统广泛应用于工业生产，特别是工业控制领域。由于工业控制系统一般现场工作环境比较恶劣复杂，会受到很多的影响，PLC在使用中会出现一些问题并影响生产。本文介绍了西门子PLC系统，以及常见故障并提出了相应的解决措施，以保证工业生产的稳定性，满足生产的要求。

关键词：西门子PLC故障处理

引言：西门子PLC系统可以实现网络与人机交互的集成，可以完成运动控制、集中控制和过程控制等工业控制系统的要求，在当前工业控制中起着很大的作用。然而，由于目前工业生产过程复杂，环境多变，西门子PLC系统在工作过程中会出现各种问题，这将影响工业生产过程，使工业控制的准确性和稳定性有很大的困难。

一、西门子PLC的应用领域和应用特点

西门子的PLC性价比最高，因此在我国的各领域的多个方面都有其应用。目前，在国内外的钢铁、电力、石油和化工、汽车制造、烟草、机械加工、环保、交通运输和建材、文化娱乐和电子产品制造等很多方面都离不开最重要的大脑-PLC控制器。

西门子PLC生产时采用先进的生产工艺以及超大规模的集成电路，这样就使其产品与其他老的电路逻辑产品相比具有更简单的编程方法，不仅简单易学而且功能强大、性价比高，再加上其产品易维护、以及系统的设计安装调试简便等特点，就是的使用者在操作时既易懂又省力。

二、西门子PLC技术特性分析

德国西门子生产的可编程控制器ProgrammableController，简称PLC，它集微电子技术、计算机技术以及通信技术的最新成果于一体。目前在我国的冶金、化工、印刷生产等诸多的方面应用比较广泛。当PLC运行时，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

西门子系统可靠性比较高，具有较高的市场竞争优势。小型系统通常采用S7-200或S7-1200（s7-200的改进型）；中型系统用S7-300，大型系统用S7-400。复杂系统如生产线，一般都是200、300和400组网使用，他们各自控制节点（复杂程度决定型号），相互之间适时通信协调和数据交换，用组态软件进行适时监控。

SIMATICS7-200产品属于微型PLC，但它的功能强大，可以实现复杂的控制功能。或者与其他类型PLC组网使用，在实际生产中它同时可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用，相对价格便宜，实用强深受大家的喜爱和欢迎。

而SIMATICS7-300产品则是模块化小型的PLC系统，在使用过程中它只能够满足中等性能要求的应用。处理速度0.8~1.2ms；存贮器2k；数字量1024点；模拟量128路；网络支持PROFIBUS、工业以太网等多种方式能在工厂企业中的不同部门，在不同的自动化站以及通过不同的级交换数据中使用，它的特点是有标准的接口并且相互之间完全兼容，也比较受欢迎。

S7-400PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时具有强大的控制功能和强大的运算能力。它不仅能完成逻辑运算、三角函数运算、指数运算和PID运算，还能进行复杂的矩阵运算。工作速度很快，能带的输入输出模块的数量很多，输入和输出模块的种类也很全面。一般处理速度0.3ms/1k字；存贮器512k；I/O点12672。一般应用在高性能的控制系统中。

三、西门子PLC系统查找故障的步骤

西门子PLC系统出现异常时，通过PLC各基本模块上的LED指示灯判断PLC是否正常工作，这也是PLC系统故障处理的前提。一般故障排除时，要用编程器，将编程器与PLC连接，按步骤检测。首先:找出错误的根源。通过编程器，对输入和输出信号进行开断判断，然后找出准确的PLC故障位置，从而确定维修的切入点;第二:检查输入信号。比较编程器显示与输入模块指示灯的差异。如果显示结果不同，则需要修复输入模块。如果模块的数量和类型比较大，在维护前有必要确定电缆连接是否有问题。第三:当输入显示与输入模块的LED显示不同时，需要将二极管与输入设备进行比较。如果两者显示不同，请检查输入模块，然后进行维护。第四:对于信号定时器，如果始终保持在999.9的值，要检查CPU;第五:如果是控制计数器的信号，要确认控制逻辑复位，然后对计数器的工作进行检测。

四、PLC的内部故障

4.1诊断方法

西门子s7-400PLC具有强大的故障检测功能，当故障发生时PLC会自动将相关数据和诊断结果输入CPU诊断缓冲区。技术人员可以通过STEP7编程软件查阅该信息，从而快速查找故障原因，甚至可以通过编程错误处理组织块直接排除故障。

PLC检测并编程解决的故障可分为异步故障和同步故障。异步错误是指PLC硬件或操作系统的错误，同步错误是指程序执行过程中的错误。内部错误通常由同步错误控制。例如，程序有错误的地址区域、号码等会导致PLC内部错误，那么PLC就会自动调用同步错误块。

内部故障诊断的基本方法是在SIMATIC中打开一个回放窗口，查看CPU是否显示指示错误和故障的诊断符号。诊断符号是用来直观地表示模块运行状态和故障状态的图标。如果模块失败，则诊断符号出现在其图标上，或图标对比度降低。

4.2诊断示例

由于错误处理块较多，组织块变量较多，所以不能详细列出，下面以调用OB122进行故障处理作为说明，介绍PLC内部故障诊断和故障排除方法，供技术参考。

通过OB122的局域变量我们可以查找出错误代码、S7-400出错的块的类型、出现错误的存储器地址、存储区与访问类型等信息。

如PLC出现故障，CPU上的红色SF灯亮，绿色的RUN灯熄灭，橙色的STOP灯亮，PLC切换到停止状态。此时应先新建一个项目，插入一个300站，进行硬件配置。插入一个CPU315-2dp和一个模拟输入模块SM331。同时配置SMM331的“input”选项，将所有通道设置为电压类型，完成后编译保存配置，下载到CPU。

通过临时变量“OB122_SW_FLT”读出错误代码，通过“OB122_BLK_TYPE”找到出错的程序块，通过“OB122_MEM_ADDR”可以读出错误发生的内存地址，从而可以把故障排除。

五、西门子PLC系统应用中存在的问题及解决方案

5.1不稳定用户程序的处理

目前西门子PLC系统存在容易受干扰的缺点，外部环境的变化容易影响系统的工作，因此系统在工作过程中稳定性差会影响生产。为了解决这个问题，有必要采取一些措施来保证系统的稳定性。此外，PLC系统易受外部技术的影响，这一般体现在系统的膨胀单元和噪声的阻碍上。在目前西门子PLC系统中，电路系统一般分为内部系统和外部系统。为了避免噪声对系统的影响，可以使用铜线作为介质连接中心位置和底部。该方法在实际生产中取得了满意的效果。这个操作的人员施工不仅可以规范,而且还可以避免因为人为因素的影响,为了保证生产的稳定性,在任何时候,根据周围环境的变化和技术调整,显著降低高频率的影响,确保线路的准确性,避免操作的问题,减少因系统崩溃和数据丢失造成的问题。

5.2抗干扰措施

为防止干扰对西门子PLC系统的影响，应采取以下措施：1）、是减少电网与供电设备及地面对系统的干扰。在电源输入端安装一个过滤器，尽可能的屏蔽电网的影响，保证系统的工作；2）、动力线电缆线和控制线电缆应分别装配，线槽应分开，以便避免强电的干扰和影响；3）、接线距离不能太长,如果距离比较远，考虑分布式IO系统，或者通过光纤中转传输；4）、输入和输出线分开布线,尽量不要在同一电缆，使用常开接触的形式将电缆连接到输入、输出连接可以公开两个独立输出,输出是不一样的布线需要相应的输出自己的负载电压,需要使用相同的电压类型在同一组,如果输出类型是继电器输出,需要安装隔离继电器,避免感应负载影响继电器的使用；5）、建立全面的接地系统，选择正确的接地方式。西门子PLC系统包括保护接地、屏蔽接地、交流接地等多种形式。如果接地线的设置存在问题，很容易对PLC造成干扰甚至损害。6）、使用隔离变压器作为控制电源，减少变压器输入侧的干扰，7）、若电机安装位置较远时，在电机与变频器之间，加装电抗器将有效地避免了电磁辐射的干扰，保证了PLC系统的稳定性。

5.3工作环境的应对措施

西门子PLC系统如果周围工作环境较为恶劣，由于温度、湿度、空气等不利条件都会影响系统的工作，所以在电房加装空调，保证温度不超过40°以内，另外，如果电柜振动大，要加装橡皮胶垫等方法，减少周围环境引起的振动，可以降低振动问题的影响。如果现场环境恶劣，应该将PLC系统模块置于密封良好的不锈钢电箱内，减少避免与腐蚀性气体接触的机会。

结束语：

随着我国工业生产规模的不断扩大，西门子PLC系统在工业控制中得到了广泛的应用，由于PLC系统的工作环境一般比较特殊，对环境影响的可能性比较大，增加了出现问题的概率。主要针对实际生产中可能出现的PLC系统问题，提出有针对性的建议，通过及时发现问题，及时处理，使PLC系统实现稳定运行，提高工业生产效率。

参考文献:

[1]孙瑞.基于西门子PLC控制系统的网络选择策略与实践2017

[2]邓卫荣.机电装置PLC控制系统故障检测与处理功能研究2016