PLC 系統(tǒng)簡介及故障分析

PLC系統(tǒng)軟硬件簡介、日常維護及故障分析培訓目的PLC技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各控制領(lǐng)域，尤其是在機械自動化控制中，它具有其它控制器無可比擬的優(yōu)點，可靠性高、抗干擾能力強，在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境里，仍然可以十分正常地工作。作為PLC本身，它的故障發(fā)生率非常低，但對以PLC為核心的PLC控制系統(tǒng)而言，組成系統(tǒng)的其他外部元器件（如傳感器和執(zhí)行器）、外部輸入信號和軟件本身，都很可能發(fā)生故障，從而使整個系統(tǒng)發(fā)生故障，有時還會燒壞PLC，使整個系統(tǒng)癱瘓，造成極大的經(jīng)濟損失。所以技術(shù)人員必須熟悉PLC技術(shù),并能夠熟練地診斷和排除PLC在運行中的故障。內(nèi)容1、軟硬件介紹2、日常維護和故障處理3、人機界面編程軟件介紹一、PLC基礎(chǔ)主要內(nèi)容：1、首先熟悉PLC硬件（主要以S7-300為例）2、簡單程序認知3、簡單介紹如何判斷及解決問題PLC的簡單介紹

可編程控制器即PLC(ProgrammableLogicController)從廣義講也是一種計算機控制系統(tǒng),只不過它具有比計算機更強的與工業(yè)過程相連的接口,具有適用于控制要求的編程語言。所以，可編程控制器與一般的計算機控制系統(tǒng)一樣，也具有中央處理器、內(nèi)存、I/O接口等部分。目前常用PLC西門子、歐姆龍、三菱，近年S7-300居多下面以S7-300為例如圖S7-200S7-300鑰匙開關(guān)手動設(shè)定CPU的操作模式先參看圖S7-400-MRES=內(nèi)存清除（全清內(nèi)存復位。）-STOP=停機模式：即使CPU置為在線狀態(tài)，不執(zhí)行用戶程序。-RUN=運行模式：執(zhí)行用戶程序。但只能讀程序，不允許修改。狀態(tài)顯示-SF=系統(tǒng)錯誤、內(nèi)部CPU錯誤或可診斷模板錯誤。-BATE=電池故障、電壓故障或電池不存在。-DC5V=＋5V電源：DC電壓指示-FRCE=強置：指示至少有一個輸入/輸出被強置-RUN=運行模式：當CPU啟動時閃爍，在運行模式下保持常亮。-STOP=停機模式：當需要內(nèi)存清除時閃爍，在停機模式下常亮。存儲器模塊在此處可以使用以個內(nèi)存模塊（存儲卡），它用來當電源故障或沒有電池時保存用戶程序。電池在蓋板下面有一理電池座。電池用于當CPU沒有供電時保存內(nèi)容。MPI連接

在蓋板下面有一9針多點接口連接器，它是編程的接口。

I/O模塊

PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。

電源模塊

PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源（我們一般外加穩(wěn)壓電源）。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。

板或機架

大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。

以上是PLC面板介紹

編程語言簡介:可編程控制器的編程語言用圖形方式表達運算功能，指令由不同的符號圖形組成，易于理解，易于記憶。邏輯運算部分，多數(shù)廠家沿用過去邏輯控制中的梯形圖，象征性很強。較復雜的算術(shù)運算，計時計數(shù)，以至閉環(huán)控制中的PID調(diào)節(jié)器，一般用方框圖表示，注上不同的符號，留有輸入輸出參數(shù)口；象征性不如邏輯運算部分。梯形圖如下（參看程序）

簡單程序認知首先簡單介紹一下I/O地址S7-300的機架上的插槽號有助于確定系統(tǒng)的地址規(guī)劃，模塊的第一個地址是由它在機架上的位置決定的。插槽1：電源。作為缺省，這是第一個插槽。對電源不分配地址。插槽2：CPU。它必須緊靠電源同樣也不分配地址。插槽3：接口模塊（IM），用于連接擴展機架，也不分配地址。插槽4-11：信號模塊。插槽4是I/O模塊的第一個槽地址規(guī)劃見下面：數(shù)字量組態(tài)：每個數(shù)字量模塊的地址寄存器自動按4個字節(jié)分配，不管實際的I/O點數(shù)是否與之相同。S7-300系統(tǒng)的實際I/O與CPU內(nèi)的外設(shè)存儲區(qū)（PI和PO）相對應(yīng)?？梢杂梦弧⒆止?jié)、字或雙字的形式訪問過程映像輸入/輸出區(qū)。如下圖I/O地址組態(tài)-數(shù)字量S7-300/400對數(shù)字量沒有指定的寄存器，如PIIPIQ它們在每個掃描周期自動更新。相反的在用戶程序中，通過訪問模擬量地址可以更新資料。模擬量的輸入標識為PIW，輸出量標識為PQW.起始地址是256，如下圖：I/O地址組態(tài)-模擬量

以梯形圖為例講常用的觸點符號：

在LAD（梯形圖）程序中，通常使用類似繼電器控制電路中的觸點符號及線圈符號來表示PLC的位元件，被掃描的操作數(shù)（用絕對地址或符號地址表示）則標注在觸點符號的上

方，如圖所示。1.常開觸點

對于常開觸點（動合觸點），則對“1”掃描相應(yīng)操作數(shù)。在PLC中規(guī)定：若操作數(shù)是“1”則常開觸點“動作”，即認為是“閉合”的；若操作數(shù)是“0”，則常開觸點“復位”，即觸點仍處于打開的狀態(tài)。常開觸點所使用的操作數(shù)是：I、Q、M、L、D、T、C。2.常閉觸點

常閉觸點（動斷觸點）則對“0”掃描相應(yīng)操作數(shù)。在PLC中規(guī)定：若操作數(shù)是“1”則常閉觸點“動作”，即觸點“斷開”；若操作數(shù)是“0”，則常閉觸點“復位”，即觸點仍保持閉合。常閉觸點所使用的操作數(shù)是：I、Q、M、L、D、T、C。3.輸出線圈（賦值指令）

輸出線圈與繼電器控制電路中的線圈一樣，如果有電流（信號流）流過線圈（RLO=“1”），則被驅(qū)動的操作數(shù)置“1”；如果沒有電流流過線圈（RLO=“0”），則被驅(qū)動的操作數(shù)復位（置“0”）。輸出線圈只能出現(xiàn)在梯形圖邏輯串的最右邊。輸出線圈等同于STL程序中的賦值指令（用等于號“=”表示），所使用的操作數(shù)可以是：Q、M、L（本地數(shù)據(jù)寄存器）、D（2DW或4B雙字節(jié)）。

如何建立一新項目及編程首先介紹如何建立新項目軟硬件組態(tài)介紹如何建立功能塊組織塊OB1塊構(gòu)成了S7CPU和用戶程序的接口?？梢匀堪殉绦虼嬖贠B1中，讓它連續(xù)不斷地循環(huán)處理。也可以存入不同的塊中，用OB1在需要時調(diào)用這些程序塊，除OB1外。操作系統(tǒng)根據(jù)不同的事件調(diào)用不同的OB塊，例如時間-日期中斷診斷中斷功能塊（FB）功能塊是在邏輯操作塊內(nèi)的功能或功能組，它一般需要背景數(shù)據(jù)塊功能（FC）功能類似于功能塊的邏輯操作塊,它不需要數(shù)據(jù)背景塊數(shù)據(jù)塊（DB）數(shù)據(jù)塊是，一個永久分配的區(qū)域，其中保存其他功能的數(shù)據(jù)或信息，數(shù)據(jù)塊是可讀寫。系統(tǒng)功能（SFC）存儲在CPU的操作系統(tǒng)中；用戶可以調(diào)用此功能塊（不需要存儲器）系統(tǒng)功能塊（SFB）存儲在CPU的操作系統(tǒng)中；用戶可以調(diào)用此功能塊（需要存儲器）系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊（SDB）用于組態(tài)數(shù)據(jù)和參數(shù)的數(shù)據(jù)塊雙擊

建立組織塊功能塊數(shù)據(jù)塊，在上面界面右擊如下圖：如何打開一個項目：雙擊桌面圖標：

如下圖：再點擊下圖內(nèi)文件夾圖標或點擊“文件” →→“打開”

如何打開一個項目：如何打開一個項目

如何打開一個項目簡單指令介紹：

1.邏輯“與”指令2.邏輯“或”指令3.邏輯“異或”指令4.置位和復位指令

置位（S）和復位（R）指令根據(jù)RLO的值來決定操作數(shù)的信號狀態(tài)是否改變，對于置位指令，一旦RLO為“1”，則操作數(shù)的狀態(tài)置“1”，即使RLO又變?yōu)椤?”，輸出仍保持為“1”；若RLO為“0”，則操作數(shù)的信號狀態(tài)保持不變。對于復位操作，一旦RLO為“1”，則操作數(shù)的狀態(tài)置“0”，即使RLO又變?yōu)椤?”，輸出仍保持為“0”；若RLO為“0”，則操作數(shù)的信號狀態(tài)保持不變。這一特性又被稱為靜態(tài)的置位和復位，相應(yīng)地，賦值指令被稱為動態(tài)賦值。例子：簡單程序介紹下面是LAD梯形圖FBD功能塊PLC系統(tǒng)日常維護日常維護前注意事項：1、安全第一：拆卸設(shè)備之前先斷電，注意安全。2、清潔電柜的時候注意不要把灰弄到處都是3、動過的所有地方做好標記，注意觀察，比如有些地方重新接線，線鼻子重新壓過，需要在設(shè)備重新投產(chǎn)后注意觀察這些地方是否有問題。PLC系統(tǒng)日常維護數(shù)據(jù)備份：1、軟件部分注意備份，每當有改動的部分及時保存及時備份。2、對于有些沒法通訊的控制器，比如軟啟動器，需要手動記錄內(nèi)容的參數(shù)，以備不測。對于有些程序改動部分最后手動也做好記錄。PLC系統(tǒng)日常維護系統(tǒng)斷電（檢修情況下）1、數(shù)據(jù)備份完成后，執(zhí)行倒閘操作，斷電時先斷開下面的各個保護開關(guān)。2、再斷開總開關(guān)（上電時先上控制柜總開關(guān)，再一次打開下面的各個保護開關(guān)）3、安全鎖，現(xiàn)場斷電后最好安全鎖定，防止有人意外送電，避免觸電和系統(tǒng)損壞。PLC系統(tǒng)檢修時的維護外觀及環(huán)境檢查1、有無灰塵2、穩(wěn)壓電源或24VDC出線電壓測量，是否在正常的電壓范圍3、停電后系統(tǒng)絕緣測試PLC系統(tǒng)檢修時的維護控制柜清掃1、設(shè)備斷電，把PLC，變頻器等散熱孔的電子元器件遮擋好，最好把PLC模塊拆下。2、只能使用吸塵器，不能使用壓縮空氣吹，因為壓縮空氣會把灰塵吹到設(shè)備內(nèi)部，并且壓縮空氣經(jīng)常含水，進入設(shè)備內(nèi)部容易短路。3、吸塵完畢后要檢查一下接線端子是否有松動。PLC系統(tǒng)檢修時的維護PLC系統(tǒng)檢修時的維護設(shè)備接地檢查1、Profibus接地測量：注意屏蔽層是否老化，屏蔽層老化帶來皆接地不好，容易造成Profibus站點丟失，（人們?nèi)菀缀鲆暣颂?，如果接地不好也容易造成雷擊?、模擬量信號接地檢查同上。3、檢查接地線有無銹蝕。PLC系統(tǒng)檢修時的維護PLC系統(tǒng)檢修時的維護繼電器檢查1、如果在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)電磁閥不吸合或不斷開的情況，則按照下面的步驟檢查。A對應(yīng)的電磁閥的繼電器LED燈是不是亮，亮起表示電磁閥帶電，不亮表示不帶電；B如果應(yīng)亮而沒起說明繼電器有問題進一步用萬用表測量線圈是否開路。C如果觸點有問題可以更換另一觸點PLC系統(tǒng)檢修時的維護PLC系統(tǒng)檢修時的維護更換過濾網(wǎng)和風扇檢查1、根據(jù)現(xiàn)場情況，半年或一年更換一次過濾網(wǎng)。否則影響設(shè)備的散熱。2、檢查風扇運行情況及通風口是否暢通，保障設(shè)備運行正常。PLC系統(tǒng)檢修時的維護其他對于連接的電氣元件例如接觸器、變頻器、銅排都要進行檢查。PLC系統(tǒng)檢修時的維護軟件維護1、設(shè)備硬件記錄與整理2、有時設(shè)備出現(xiàn)問題不一定會造成停機，但在PLC的診斷緩沖區(qū)里面都有記錄，因此定期查看該記錄對于設(shè)備的維護意義重大，這也叫防護性維修。3、及時了解出現(xiàn)問題的站點，查找原因，及時準備。PLC系統(tǒng)檢修時的維護例如某個站點丟了；一會兒又回來了，這種比較危險，需要檢查PLC系統(tǒng)檢修時的維護此種報警比較危險的原因是：有可能通訊受到干擾或者DP總線接頭氧化甚至屏蔽層氧化造成接地不好，所以做好相應(yīng)處理。簡單介紹如何判斷及解決問題PLC控制系統(tǒng)的故障分布:控制系統(tǒng)故障的早期診斷對于生產(chǎn)有著重要的意義，為了縮短早期故障期，進一步延長隨機故障期，推遲耗損故障期的到來，我們一般會采用的方法，在系統(tǒng)設(shè)計伊始就采取一定的措施，在耗損故障期到來之前，首先更換進入耗損期故障的元器件。當然，為了更好的找到故障的位置，做好上述工作，首先對于故障分布的部位進行相當?shù)氖煜?。故障的分布一般如下：簡單介紹如何判斷及解決問題（一）外部故障（二）系統(tǒng)故障（三）硬件故障（四）軟件故障進一步探討：（注意接線有無問題）（1）PLC控制系統(tǒng)故障的宏觀診斷故障的宏觀診斷就是根據(jù)經(jīng)驗，參照發(fā)生故障的環(huán)境和現(xiàn)象來確定故障的部位和原因。PLC控制系統(tǒng)的故障宏觀診斷方法如下：1、是否為使用不當引起的故障，如屬于這類故障，則根據(jù)使用情況可初步判斷出故障類型、發(fā)生部位。常見的使用不當包括供電電源故障、端子接線故障、模板安裝故障、現(xiàn)場操作故障等。

2、如果不是使用故障，則可能是偶然性故障或系統(tǒng)運行時間較長所引發(fā)的故障。對于這類故障可按PLC的故障分布，依次檢查、判斷故障。首先檢查與實際過程相連的傳感器、檢測開關(guān)、執(zhí)行機構(gòu)和負載是否有故障；然后檢查PLC的I/O模板是否有故障；最后檢查PLC的CPU是否有故障。

3、采取上述步驟還檢查不出故障部位和原因，則可能是系統(tǒng)設(shè)計錯誤，此時要重新檢查系統(tǒng)設(shè)計，包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。S7-300/400內(nèi)部集成的識別和記錄功能。記錄錯誤信息的區(qū)稱為診斷緩沖區(qū)，這個區(qū)的大小有賴于CPU型號（例如PCU314=100個信息）。在每個循環(huán)掃描周期，CPU執(zhí)行診斷功能。在s7-300中，提供有助于CPU相應(yīng)錯誤的組織塊，通過用戶程序，可以編輯這些組織塊，來告訴CPU當出現(xiàn)錯誤時應(yīng)如何處理。如果相應(yīng)的OB沒有編程，CPU轉(zhuǎn)到STOP狀態(tài)。常用的一些錯誤組織塊：OB80循環(huán)時間超時

OB81電源故障OB82診斷故障OB87通訊錯誤OB121編程錯誤，例當讀/寫DB時超限OB122直接訪問模板時出現(xiàn)錯誤（2）PLC控制系統(tǒng)故障的微觀診斷電源故障：PLC最容易發(fā)生故障的地方一般在電源系統(tǒng)和系統(tǒng)總線。電源在連續(xù)工作中，電壓和電流的波動沖擊是不可避免的。PLC的電源輸入前端應(yīng)加隔離變壓器，某些場合，可同時采用加隔離變壓器和低通濾波器的方法，抑制來自電網(wǎng)的干擾與沖擊。變壓器二次連接線應(yīng)采用雙絞線，同時加裝降溫措施，并定期除塵。系統(tǒng)總線的損壞主要出現(xiàn)在模塊式PLC上。模塊式PLC多為插件結(jié)構(gòu)，經(jīng)常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。在環(huán)境溫度、濕度的影響下，總線印刷線路的老化、接觸點的氧化等都是系統(tǒng)總線損壞的原因。所以在系統(tǒng)設(shè)計和處理系統(tǒng)故障時，要考慮到空氣、塵埃、腐蝕等因素對設(shè)備的破壞。外界環(huán)境干擾也是造成PLC系統(tǒng)故障的重要原因，因此電源、傳感器、儀表等布線應(yīng)盡量與動力電纜分開敷設(shè)，特別要遠離高干擾的變頻器輸出電纜，并將PLC規(guī)范接地。如果硬件上不能抑制干擾，也可以借助軟件編程，如利用PLC軟元件里的定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等。CPU故障處理：CPU故障的主要表現(xiàn)是CPU單元停機或者是RUN_LED燈不亮。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是由以下幾個原因造成的：一是噪聲干擾，電源異常無法正常工作。二是CPU控制程序出現(xiàn)錯誤或者是丟失。三是CPU內(nèi)部總線上的電元器件產(chǎn)生故障或者是總線線路產(chǎn)生故障。四是微處理故障。針對CPU故障的處理，首先要根據(jù)PLC控制的實際情況來分析故障原因。如果是噪聲干擾造成的故障，則需要重啟CPU或者是重新上電。如果控制程序出現(xiàn)了錯誤，就是要及時修改或者是重新裝載程序。當內(nèi)部總線出現(xiàn)問題，處理的措施一般都是要更換故障單元或者是要重新布置線路。微處理故障是核心故障，出現(xiàn)這種故障就要更換CPU了。開關(guān)量的設(shè)備：開關(guān)量無外乎兩種一種是輸入量一種是輸出量，我們?nèi)绾闻袛鄦栴}解決問題呢？大家都知道輸入量對應(yīng)一般是回訊等輸入設(shè)備而輸出量對應(yīng)一般是電磁閥或電機等輸出設(shè)備輸入量：首先根據(jù)圖紙標明的輸入點如I0.2，正常I0.2是亮的現(xiàn)在不亮，哪方面的問題呢？首先查看此點是否正常，先給它外加一DC24V信號如果此點亮了說明PLC上的這一點沒問題，那下一步檢查線路和回訊開關(guān)或接近開關(guān)是否有問題，供電電源是否正常，對射或反射開關(guān)是否對正。當這些問題解決了程序基本就可以往下運行了。輸出量：當電機不轉(zhuǎn)或電磁閥不動作時，首先參看圖紙或有的菲子號上標明PLC地址，直接查找出如Q0.8此點是否亮，如果燈亮說明輸出有，然后查找是線路問題還是繼電器或電磁閥有問題。如果Q0.8不亮，則有可能是程序條件不滿足或者此點有問題；我們可以人為給它滿足條件，亮了說明條件不滿足查找原因滿足其條件，仍然不亮說明PLC上的硬件點有問題。在我們維護中可能還能遇到其他故障現(xiàn)象，只要大家認真查找問題會解決的。對于模擬量無論輸入還是輸出它的解決和我們平常維護一樣，前面我們也曾提到了地址，參看圖紙查找相應(yīng)點，只要你知道它所對應(yīng)的點了直接用萬用表測量即可。下面再介紹一下曾經(jīng)遇到案例：

1、一循環(huán)水場PLC系統(tǒng)癱瘓

它是一套由德國西門子S7-300型P