周政偉

摘 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷提升及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，可編程序控制器在各行各業(yè)得到了廣泛地應(yīng)用與推廣。西門子PLC控制系統(tǒng)能否正常運行對企業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。為此，本文主要對西門子PLC的概況、工作原理及PLC S7—200常見故障及解決措施進(jìn)行了分析與探究，以期為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供可靠地技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：西門子PLC控制系統(tǒng)；西門子PLC S7—200；故障分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.135

1 西門子PLC的概況及工作原理

在我國冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器得到了廣泛地應(yīng)用。LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等為西門子（SIEMENS）公司PLC產(chǎn)品的主要類型。其中西門子S7系列PLC具有小體積、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化等特點，與其他類型相比，S7系列PLC網(wǎng)絡(luò)通信能力與功能將為強大，并具備較高可靠性。S7-200（微型PLC）、S7-300（小規(guī)模性能要求的PLC）和S7-400（中、高性能要求的PLC）等為S7系列PLC產(chǎn)品的重要組成部分。伴隨現(xiàn)代化生產(chǎn)發(fā)展需求，可編程控制器應(yīng)運而生。通常情況下，可編程序控制器可從三個角度進(jìn)行分類，分別為控制規(guī)模、控制性能與結(jié)構(gòu)。在投入使用PLC后，其工程流程主要包含采樣輸入、用戶程序執(zhí)行與輸出刷新。以上流程完成后可稱為一個掃描周期。在整個運行過程中，以一定的掃描速度PLC內(nèi)CPU可重復(fù)執(zhí)行以上流程。其工作流程具體如下：

1.1 采樣輸入

在采樣輸入環(huán)節(jié)，以掃描方式PLC按照順序?qū)⑷枯斎霠顟B(tài)、數(shù)據(jù)讀入，并在I/O映象區(qū)的一定單元中存儲。完成采樣輸入工作后，即可進(jìn)行用戶程序執(zhí)行和輸出刷新工作。在以下2個環(huán)節(jié)，如輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)出現(xiàn)改變，則不會影響I/O映象區(qū)內(nèi)一定單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)。

1.2 用戶程序執(zhí)行

PLC在用戶程序執(zhí)行環(huán)節(jié)，可遵循從上到下的順序?qū)τ脩舫绦颍ㄌ菪螆D）依次進(jìn)行掃描。在每條梯形圖掃描中，應(yīng)對梯形圖左邊控制線路（由各觸點組成）先進(jìn)行掃描，隨后根據(jù)左—右、上—下的順序邏輯運算觸點組成的控制線路，并遵循預(yù)算結(jié)果，在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)刷新該邏輯線圈的對應(yīng)位狀態(tài)，也可以在I/O映象區(qū)刷新該輸出線圈的對應(yīng)位狀態(tài)，或確定該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令是否執(zhí)行。

2 西門子PLC S7—200常見故障及解決措施

2.1 西門子S5系列PLC與西門子PLC S7—200內(nèi)部RS485接口電路分析

作為上個世紀(jì)80年代德國西門子推出了小型可編程序控制器，S5系列PLC具有可靠地性能與結(jié)構(gòu)緊湊的模塊化設(shè)計，其中多種型號按照I/O點數(shù)、功能等因素，可進(jìn)行通用型（U型）、字處理型（W型）、開關(guān)型（R型）等多種類型地劃分。

伴隨使用年限的不斷增加，S5系列PLC往往會出現(xiàn)多種故障，通常可分為兩種：軟故障、硬件故障。其中軟故障處理較為簡單，一般可選取PG進(jìn)行處理。如由于模塊化結(jié)構(gòu)導(dǎo)致PLC自身硬件故障，應(yīng)對故障模塊先進(jìn)行確定，在選取更換方式，這樣可有效提升維修速度。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升及經(jīng)濟(jì)全球化地不斷深化，目前S5系列PLC正逐步退出市場及停止生產(chǎn)。作為西門子自動化系統(tǒng)的控制核心，S7系列PLC更具有優(yōu)勢，相比S5系統(tǒng)PLC，其優(yōu)點主要包括可靠、便于操作、靈活等。在分析西門子PLC S7—200常見故障前，應(yīng)對其內(nèi)部RS485接口電路圖（圖1）進(jìn)行了解。本圖內(nèi)阻值為10歐的普通電阻由R1＼R2表示，其功能為避免RS485信號D+與D-短路時出現(xiàn)電流燒損芯片的情況。鉗制電壓（6V）由Z1＼Z2表示，10A齊納二極管為最大電流，24V電源與5V電源共地沒有進(jìn)行隔離。

2.2 西門子PLC S7—200常見故障類型

（1）燒斷R1＼R2，Z1、Z2與SN5176無損。因瞬態(tài)干擾電流較大，并向R1、R2、橋式整流、Z1、Z2流經(jīng)時，10A電流為Z1、Z能夠承載的最大沖擊，但該電流在R1、R2上出現(xiàn)的瞬態(tài)功率為102X10=1000W，該情況下將燒斷R1＼R2。（2）損壞SN5176， R1、R2、Z1、Z2無損。相比Z1、Z2動作速度，靜電沖擊、瞬態(tài)過電壓速度較高時，靜電到處存在，如人體模式也將有+15KV到—15KV靜電的出現(xiàn)。（3）損壞Z1、Z2、SN5176，R1、R2無損。電壓因高電壓低電流瞬態(tài)干擾將擊穿Z1、Z2，但因電流小與發(fā)生時間短等問題，不會損壞R1、R2。

2.3 西門子PLC S7—200常見故障的解決措施

從上述故障因素得知，瞬態(tài)過電壓、靜電為PLC接口損壞的主要原因，其中出現(xiàn)瞬態(tài)過電壓、靜電因素諸多，為有效解決以上故障，必須重視解決措施的選用。

（1）PLC內(nèi)部解決措施。首先，隔離24V、5V電源，選取方式為隔離的DC；其次，選取RS485芯片做為材料，要求其具有靜電保護(hù)、過熱保護(hù)與輸入失效保護(hù)等功能；再次，保護(hù)器件應(yīng)選取較快響應(yīng)速度、較大承受瞬態(tài)功率的TVS、BL浪涌吸收器，如6.8V為P6KE6.8CA的鉗制電壓，500W為承受瞬態(tài)功率，BL器件可對大電流沖擊進(jìn)行有效抗擊，如超過4000A；最后，選取正溫度系數(shù)自恢復(fù)保險PTC為R1、R2。

（2）PLC外部解決措施。選取隔離PC/PPT電纜，避免便宜非隔離電纜的使用。選取隔離總線連接器進(jìn)行PLC RS485口聯(lián)網(wǎng)，通過RS485隔離器BH—485G對變頻器、觸摸屏等和PLC聯(lián)網(wǎng)的第三方設(shè)備進(jìn)行隔離，這種情況下，無電聯(lián)系就會出現(xiàn)在RS485節(jié)點，更不會出現(xiàn)無地線環(huán)流，即便損壞一個節(jié)點后，也不會對其他節(jié)點造成損害。

3 結(jié)束語

綜上所述，西門子PLC S7—200作為西門子PLC控制系統(tǒng)的重要組成部分，隨著使用年限的不斷增加，西門子PLC S7—200產(chǎn)生了諸多故障，為此相關(guān)工作人員必須在充分了解西門子PLC工作原理的基礎(chǔ)上，對其常見故障進(jìn)行分析，并找出相應(yīng)的解決措施，為西門子PLC控制系統(tǒng)的正常運作提供強有力地保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]余春燕.西門子PLC故障實例分析和處理探討[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015（05）.