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在分析PLC过程控制故障特点的基础上，介绍四种PLC故障分析与排除的方法，并列举两实例说明故障分析与排除的过程。

    PLC故障特点

    PLC控制系统故障是指其失去了规定功能，一般指整个生产控制系统失效的总和，它又可分为PLC故障和现场生产控制设备故障两部分。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端口和现场控制检测设备，如继电器、接触器、阀门、电动机等。

    大多数有关PLC的故障是外围接口信号故障，所以在维修时，只要PLC有些部分控制的动作正常，都不应该怀疑PLC程序。如果通过诊断确认运算程序有输出，而PLC的物理接口没有输出，则为硬件接口电路故障。另外硬件故障多于软件故障，大多是由外部信号不满足或执行元件故障引起，而不是PLC系统的问题。

    PLC故障分析及排除方法

    为了便于故障的及时解决，首先要区分故障是全局性还是局部性的，如上位机显示多处控制元件工作不正常，提示很多报警信息，这就需要检查CPU模块、存储器模块、通信模块及电源等公共部分。如果是局部性故障可从以下几方面进行分析。

    1．根据上位机的报警信息查找故障。PLC控制系统都具有丰富的自诊断功能，当系统发生故障时立即给出报警信息，可以迅速、准确地查明原因并确定故障部位，具有事半功倍的效果，是维修人员排除故障的基本手段和方法。

    2．根据动作顺序诊断故障。对于自动控制，其动作都是按照一定的顺序来完成的，通过观察系统的运动过程，比较故障和正常时的情况，即可发现疑点，诊断出故障原因。如某水泵需要前后阀门都要打开才能开启，如果管路不通水泵是不能启动的。

    3．根据PLC输入输出口状态诊断故障。在PLC控制系统中，输入输出信号的传递是通过PLC的I/O模块实现的，因此一些故障会在PLC的1/0接口通道上反映出来，这个特点为故障诊断提供了方便。如果不是PLC系统本身的硬件故障，可不必查看程序和有关电路图，通过查询PLC的I/O接口状态，即可找出故障原因。因此要熟悉控制对象的PLC的I/O通常状态和故障状态。

    4．通过PLC程序诊断故障。PLC控制系统出现的绝大部分故障都是通过PLC程序检查出来的。有些故障可在屏幕上直接显示出报警原因；有些虽然在屏幕上有报警信息，但并没有直接反映出报警的原因；还有些故障不产生报警信息，只是有些动作不执行。遇到后两种情况，跟踪PLC程序的运行是确诊故障的有效方法。对于简单故障可根据程序通过PLC的状态显示信息，监视相关输人、输出及标志位的状态，跟踪程序的运行，而复杂的故障必须使用编程器来跟踪程序的运行。如某水泵不工作，检查发现对应的PLC输出端口为0，于是通过查看程序发现热水泵还受到水温的控制，水温不够PLC就没有输出，把水温升高后故障排除。

    当然，上述方法只是给出了故障解决的切人点，产生故障的原因很多，所以单纯依靠某种方法是不能实现故障检测的，需要多种方法结合，配合电路、机械等部分综合分析。

     典型故障分析实例

     实例1：故障现象是供热系统正常运行过程中，突然警报声响，上位机监控界面提示“MCC故障”。根据上位机的报警信息，MCC表示电机控制盘。结合电路图，发现所有电机的空气开关辅助常开触点都是串联起来再连接到PLC的输入点，开关合上后，触点闭合，任何一个触点断开，都会提示“MCC故障”，所以分析是电机控制部分出现了问题。为了确定具体是哪个电机出现了问题，先从配电室进行查找，每个电气柜的外面都有黄色指示灯，从电路图发现，指示灯是由这个盘的所有空气开关的辅助常闭触点并联后控制的，任何一个触点接通后，都会使该灯亮。据此找到黄色指示灯亮的电气柜，打开后发现是1号排水泵电机空气开关跳闸，合上运行又立即跳闸，判断是电机过载或有短路现象。现场用摇表检测电机线圈正常，手摇电机旋转，听到有机械摩擦的声音，打开水泵后发现是固定叶轮的螺母脱落，造成电流过大，导致跳闸，把螺母紧固后故障排除。

    实例2：故障现象是供热系统的流量调节阀能正常打开，无论手动和自动均无问题，但关闭后一直红绿闪烁，导致出现报警，但并未对生产造成影响。

    通过上位机监控和现场观察，发现该阀门能够正常打开和关闭，所以可以排除机械问题。通过分析电路发现，与该阀门相关的只有其自带的限位开关与PLC连接，所以可以初步判断故障在限位开关或PLC上。由于该阀门位置较高，检查较困难，不便检查限位开关。经过仔细观察PLC的I/O接口状态，发现阀门打开后接口指示灯亮，关闭后指示灯灭，即正好与阀门的开关状态相对应。为此得出结论，问题出在阀门的反馈开关上，该阀门是个调节阀，应该反馈阀门的关闭信号，即关闭后应该反馈+24V信号，打开后反馈OV，而现场发现反馈线接到了常开触点上，导致阀门关闭后没有信号反馈，屏幕显示红绿闪烁。由于PLC程序只用到阀门的关闭信号，所以阀门打开后程序并不认为反馈出错，阀门打开显示是正常的，把反馈线接到常闭触点上后故障排除。

  方法一:CPU 用时钟存储器

    硬件组态中CPU属性"Cycle/Clock Memory"中"Clock Memory"设定的Memory Byte，可以看下帮助，每一位都有固定频率在"Propreties"窗口中点击"Cycle/Clock Memory"(循环/时钟存储器)选项卡,可以设置"Scan cycle monitoring time"(以ms为单位的扫描循环监视时间),默认值为150ms.如果实际的循环扫描时间超过设定值.CPU将进入STOP模式."Scan cycle Load from Communication "用来限制通信处理占扫描周期的百分比,默认值为20%

时钟脉冲是一些可供用户程序使用的占空比为1:1的方波信号,一个字节的时钟存储器的每一位对应的一个脉冲如下:

字节位   Bit7  Bit6  Bit5  Bit4  Bit3  Bit2  Bit1  Bit0

频率(Hz)  0.5  0.62   1    1.25    2    2.5   5     10

周期(秒)   2    1.6   1     0.8   0.5   0.4   0.2   0.1

    如果要使用时钟脉冲,首先要选中"Clock Memory'(时钟存储器)选项,然后设置时钟存储器(M)的字节地址.假设设置的地址为100(即MB100),有上表可知,M100.7周期为2s,如果用M100.7的常开的触点来控制Q0.0的线圈,Q0.0将以2s的周期闪烁(亮1s,熄灭1s).

    "OB85-Call up at I/O access error"用来预设置CPU对系统修改过程映像时发生的I/O访问错误的响应.如果希望在出现错误时调用OB85,建议选择"Only for incoming and out going error"(仅在错误产生和消失),相对于"On each individual access"(每次单独的访问),不会增加扫描循环时间.

方法二：自己编写延时程序，并设定好延时时间，当时间到后便执行存储程序块调用，该方法受程序循环时间的影响，不是特别jingque，如果是要求不太严格的情况下可以使用本方法。

方法三：利用等时中断组织块来实现等时中断，如在OB35中调用存储程序块，实现等时存储，该方法较jingque。

方法四：可以利用SFC1读取CPU时钟，通过时钟值的差额计算可以实现等时间隔存储。(此方法与我介绍的S7-200 的第三种方法相似在此就不具体写编程方法了)

方法五：如果用外部等时间间隔触发信号的话，利用硬件中断实现也是可以的。

1．一般性能

S7-200 CPU224一般性能

电源电压 DC 24V，AC 100~230V 

电源电压波动 DC 20.4-28.8V，AC 84-264V（47-63Hz） 

环境温度、湿度 水平安装0~ 550C，垂直安装0~450C，5~95% 

大气压 860~1080hPa 

保护等级 IP20到IEC529 

输出给传感器的电压 DC 24V （20.4-28.8V） 

输出给传感器的电流 280mA，电子式短路保护（600mA） 

为扩展模块提供的输出电流 660mA 

程序存储器 8K字节/典型值为2.6K条指令 

数据存储器 2.5K字 

存储器子模块 1个可插入的存储器子模块 

数据后备 整个BD1在EEPROM中无需维护

在RAM中当前的DB1标志位、定时器、计数器等通过高能电容或电池维持，后备时间190h（400C时120h），插入电池后备200天 

编程语言 LAD，FBD，STL 

程序结构 一个主程序块（可以包括子程序） 

程序执行 自由循环。中断控制，定时控制（1~255ms） 

子程序级 8级 

用户程序保护 3级口令保护 

指令集 逻辑运算、应用功能 

位操作执行时间 0.37μs 

扫描时间监控 300ms（可重启动） 

内部标志位 256，可保持：EEPROM中0~112 

计数器 0~256，可保持：256，6个高速计数器 

定时器 可保持：256，

4个定时器，1ms~30s

16个定时器，10ms~5min

236个定时器，100ms~54min 

接口 一个RS485通信接口 

可连接的编程器/PC PG740P = 2 \* ROMAN II，PG760P = 2 \* ROMAN II，PC（AT） 

本机I/O 数字量输入：14，其中4个可用作硬件中断，14个用于高速功能

数字量输出：10，其中2个可用作本机功能，

模拟电位器：2个 

可连接的I/O 数字量输入/输出：多94/74

模拟量输入/输出：多28/7（或14）

AS接口输入/输出：496 

多可接扩展模块 7个 

2．输入特性

S7-200 CPU224的输入特性如表

 S7-200 CPU224输入特性

类型 源型或汇型 

输入电压 DC 24V，“1信号”：14-35A，“0信号”：0-5A， 

隔离 光耦隔离，6点和8点 

输入电流 “1信号”：大4mA 

输入延迟（额定输入电压） 所有标准输入：全部0.2-12.8ms（可调节）

中断输入：（I0.0-0.3）0.2-12.8ms（可调节）

高速计数器：（I0.0-0.5）大30kHz 

3．输出特性

S7-200 CPU224输出特性如表。

 S7-200 CPU224的输出特性

类型 晶体管输出型 继电器输出型 

额定负载电压 DC 24V（20.4-28.8V） DC 24V（4-30V）

AC24-230V（20-250V） 

输出电压 “1信号”：小DC 20V L+/L- 

隔离 光耦隔离，5点 继电器隔离，3点和4点 

大输出电流 “1信号”：0.75A “1信号”：2A 

小输出电流 “0信号”：10μsA “0信号”：0mA 

输出开关容量 阻性负载：0.75A

灯负载：5W 阻性负载：2A

灯负载：DC30W，AC200W 

4．扩展单元的主要技术特性

S7-200系列PLC是模块式结构，可以通过配接各种扩展模块来达到扩展功能、扩大控制能力的目的。目前S7-200主要有三大类扩展模块。

（1）输入/输出扩展模块S7-200 CPU上已经集成了一定数量的数字量I/O点，但如用户需要多于CPU单元I/O点时，必须对系统做必要的扩展。CPU221无I/O扩展能力，CPU 222多可连接2个扩展模块（数字量或模拟量），而CPU224和CPU226多可连接7个扩展模块。

S7-200 PLC系列目前总共提供共5大类扩展模块：数字量输入扩展板EM221（8路扩展输入）；数字量输出扩展板EM222（8路扩展输出）；数字量输入和输出混合扩展板EM223（8I/O，16I/O，32I/O）；模拟量输入扩展板EM231，每个EM231可扩展3路模拟量输入通道，A/D转换时间为25μs，12位；模拟量输入和输出混合扩展模板EM235，每个EM235可同时扩展3路模拟输入和1路模拟量输出通道，其中A/D转换时间为25μs，D/A转换时间]100μs，位数均为12位。

基本单元通过其右侧的扩展接口用总线连接器（插件）与扩展单元左侧的扩展接口相连接。扩展单元正常工作需要+5VDC工作电源，此电源由基本单元通过总线连接器提供，扩展单元的24VDC输入点和输出点电源，可由基本单元的24VDC电源供电，但要注意基本单元所提供的大电流能力。

（2）热电偶/热电阻扩展模块 热电偶、热电阻模块（EM231）是为CPU222，CPU224，CPU226设计的，S7-200与多种热电偶、热电阻的连接备有隔离接口。用户通过模块上的DIP开关来选择热电偶或热电阻的类型，接线方式，测量单位和开路故障的方向。

（3）通讯扩展模块除了CPU集成通讯口外，S7-200还可以通过通讯扩展模块连接成更大的网络。S7-200系列目前有两种通讯扩展模块：PROFIBUS-DP扩展从站模块（EM277）和AS-i接口扩展模块（CP243-2）。