西門子PLC故障分析及屏蔽防護(hù)

趙晨

[摘 要]現(xiàn)如今，PLC已從傳統(tǒng)的接線控制邏輯提升到了存儲控制邏輯，這一變革使其功能水平得到了極大地提高；而邏輯控制系統(tǒng)向數(shù)字控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的實現(xiàn)則使其功能更加靈活、強大；從單體設(shè)備簡單控制到可以承擔(dān)運動控制、過程控制以及集散控制等多種不同任務(wù)的跨越，可以更好地適應(yīng)工業(yè)控制不同規(guī)模的需要。功能水平的提高也使得PLC的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大。但是西門子PLC在使用的過程中難免會出現(xiàn)一些故障，在分析西門子PLC特點的基礎(chǔ)上對西門子PLC的故障排除進(jìn)行分析闡述。

[關(guān)鍵詞]西門子PLC；故障分析；屏蔽防護(hù)

中圖分類號：TN943 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）39-0397-01

1 西門子PLC的結(jié)構(gòu)及特點

西門子PLC可編程控制器主要CPU模塊、模擬量與數(shù)字量的輸入輸出模塊、電源模塊、通信模塊、編程設(shè)備以及接口模塊六大部分組成。CPU模塊主要是通過用戶所使用的編制程序來進(jìn)行信號的收集，并通過其本身的微處理器和存儲器來執(zhí)行不同的程序操作及數(shù)據(jù)要求；模擬量與數(shù)字量的輸入輸出模塊主要由按鈕、電位器、發(fā)電機、開關(guān)和變送器通過對模擬量以及數(shù)字信號進(jìn)行輸入，從而使數(shù)字輸出模塊更有效的控制警報設(shè)置、閥門以及接觸器等；電源模塊是將正常情況下的220V交流電通過設(shè)備變成24V的直流電，為背板的總線提供低電壓直流電；通信模塊主要是通過對I/O接口以及計算機設(shè)備之間的通信控制，為處理系統(tǒng)提供PLC的具體信息。編程設(shè)備主要是通過STEP7軟件對程序編寫進(jìn)行上、下載；接口模塊主要通過對PLC容量的擴(kuò)展來為其提供可用電源。西門子PLC主要有三大特點，分別是：安裝與布線、穩(wěn)定性好以及I/O接線。西門子PLC的安裝與布線特點主要是使用雙膠線將變壓器進(jìn)行隔離并與PLC進(jìn)行連接，其重要注意控制線、動力線以及I/O線進(jìn)行分開配線，且輸入與輸出線不能接觸，模擬量與開關(guān)也應(yīng)分開設(shè)置，不能將輸出線原理高壓線與動力線產(chǎn)生并行，直流和交流的輸出線在不同的電纜內(nèi)。西門子PLC穩(wěn)定性能較好，且抗干擾能力也較強，使用也較為方便并且維護(hù)較為容易，在升級改造方面也比較簡單，因此可靠性較高。西門子PLC的I/O接線，因有其獨特的接線方式，可以使感性負(fù)載進(jìn)行合理的選擇，并將輸入輸出線接在不同的電纜上面，梯形圖的設(shè)置與繼電器的原理也進(jìn)行相結(jié)合，使其在同一個系統(tǒng)中的電壓輸出值相同。

2 西門子PLC故障分析

第一，西門子PLC有著嚴(yán)格的工作環(huán)境要求，溫度濕度和電源電壓，空氣流動都會導(dǎo)致其運行故障。西門子PLC的正常工作環(huán)境溫度應(yīng)該控制在0—55°之間，過熱的溫度就會導(dǎo)致設(shè)備異常，加之有些工廠的密閉性要求，通風(fēng)較少的環(huán)境下更容易引發(fā)設(shè)備出現(xiàn)故障。濕度要求在85%以內(nèi)，在工廠的實際操作環(huán)境中，很難保證濕度的穩(wěn)定，特別是針對于化工和石油工廠，其濕度經(jīng)常超范圍。在工廠的生產(chǎn)過程中，震動是必不可少的情況，PLC設(shè)備屬于精度高的設(shè)備，在震動強烈的環(huán)境下容易產(chǎn)生共振，對設(shè)備的穩(wěn)定性和精確性造成一定的影響。最后是空氣影響，在化工產(chǎn)業(yè)的工廠中，空氣中極易存在粉塵，對電路板造成腐蝕現(xiàn)象，直接導(dǎo)致PLC設(shè)備的失靈甚至保費。第二，相比環(huán)境干擾，電磁干擾會直接從本質(zhì)上對西門子PLC造成影響，嚴(yán)重者可以導(dǎo)致其工作程序紊亂，錯誤頻發(fā)。這些問題一般都是集中在差模干擾和工模干擾當(dāng)中。西門子PLC的供電模式是電網(wǎng)供電，但那是電網(wǎng)的對于電磁干擾非常敏感，對電壓產(chǎn)生影響，從而影響了PLC的工作狀態(tài)。在變頻器的啟動過程中會遇到諧波干擾，讓電壓發(fā)生畸變，隨著強烈的電磁干擾，讓設(shè)備的穩(wěn)定性大大下降。

3 西門子PLC故障的屏蔽防護(hù)

第一，做好西門子PLC控制柜的防護(hù)，在西門子PLC控制柜的外殼、柜體等金屬構(gòu)件上加強接地防護(hù)，接地電阻要控制在2Ω的范圍內(nèi)。第二，為避免西門子PLC在運行的過程中受到強電電源電磁波信號的干擾，應(yīng)當(dāng)加強對于西門子PLC強電電源的防護(hù)處理。對于西門子PLC的供電多采用的是220V的供電電壓，其在供電時如受到空間電磁干擾會在供電線路上形成感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，從而在西門子PLC的供電端產(chǎn)生電壓缺口或是尖峰從而影響西門子PLC的正常運行。做好西門子PLC的電源防護(hù)應(yīng)當(dāng)做好西門子PLC的接地，此外，通過加強對于強電電源的屏蔽防護(hù)以減少其在工作中所產(chǎn)生的強電磁輻射對西門子PLC供電的影響。對于西門子PLC中的I/O模塊其主要采用的是24VDC供電，為做好西門子PLC中的I/O模塊的電磁防護(hù)應(yīng)當(dāng)增加隔離變壓器的方式來抑制外界電磁信號對其所造成的干擾，對于供電電源需要通過整流橋來抑制其中的雜波從而使的西門子PLC中的I/O模塊能夠獲得穩(wěn)定的直流供電。第三，西門子PLC中的輸入信號線多且復(fù)雜，為避免周邊電網(wǎng)所產(chǎn)生的電磁干擾對西門子PLC中的信號線造成影響從而導(dǎo)致西門子PLC出現(xiàn)死機故障，應(yīng)當(dāng)對于西門子PLC中的數(shù)字和模擬I/O信號分別建立相獨立的屏蔽，從而有效的改善線纜的屏蔽能力及抗噪性，此外，對于西門子PLC中的數(shù)字量和模擬量的輸入信號線在布線時應(yīng)當(dāng)將兩者保持在10cm左右的間距分別布置在線槽中。第四，做好西門子PLC的接地是做好西門子PLC干擾防護(hù)的重要一環(huán)，做好西門子PLC控制系統(tǒng)的接地防護(hù)需要從接地系統(tǒng)、屏蔽接地、交流保護(hù)地等多個方面入手，做好西門子PLC的接地防護(hù)能夠有效的降低西門子PLC在運行中所受到的電磁干擾，此外，在西門子PLC的電纜屏蔽接地中，應(yīng)當(dāng)采用一端接地的方式而不是線纜屏蔽層兩端分別接地的方式，采用一端接地的方式主要是為了避免出現(xiàn)兩端接地點之間出現(xiàn)地電位差，當(dāng)線纜兩端屏蔽接地端存在著地電位差時將會使得屏蔽層中存在著電流，而當(dāng)兩端處于異常狀態(tài)時存在與屏蔽層中的接地電流將會對線纜中所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)造成極大的影響，嚴(yán)重的會導(dǎo)致線纜中所傳輸?shù)男盘柕膩G失，從而導(dǎo)致西門子PLC死機故障的發(fā)生。此外，在西門子PLC控制系統(tǒng)的接地防護(hù)中應(yīng)當(dāng)將單獨設(shè)置，避免將西門子PLC控制系統(tǒng)的接地與其他強電設(shè)備的接地混合在一起，如將西門子PLC控制系統(tǒng)的接地系統(tǒng)與強電設(shè)備的接地連接在一起，如在接地線中存在地環(huán)流將會導(dǎo)致環(huán)形接地線中存在著電位差進(jìn)而會對西門子PLC的運行造影響并極有可能會導(dǎo)致西門子PLC死機故障的發(fā)生，為避免這一問題應(yīng)當(dāng)對西門子PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行單獨接地。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐靜.基于西門子802C的數(shù)控機床PLC故障診斷與排除[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2015，04：27-29+33.

[2] 戴正陽.基于PLC的西門子840D系統(tǒng)數(shù)控機床故障診斷分析[J].電子測試，2013，14：94-95.

[3] 張仲鋒.西門子PLC自動控制系統(tǒng)故障現(xiàn)象分析及處理[J].中華紙業(yè)，2015，08：48-50.

[4] 高會山.提升機及西門子PLC控制系統(tǒng)故障處理分析[J].能源與節(jié)能，2015，05：136-137+148.endprint