（荆州）中国西门子PLC模块代理商

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为了使读者更好地了解和尽快掌握控制系统的规划过程，下面以工业搅拌机PLC控制系统的规划为例，来示范说明系统的实际规划过程。

  ①系统描述 本例的控制对象为工业搅拌机系统，其目的是对两种液体(成分 A、成分B)进行混合与搅拌，组成一种新的成分。其控制对象的构成见图5-4。

  搅拌机系统的成分A与B的供料系统相同，由“手动进料阀”、“进料泵”、“手动出料阀”组成。其中，“手动进料阀”、“手动出料阀”的打开安装有检测开关，供“进料泵”的启动“互锁”使用。

  搅拌机系统的搅拌由搅拌电动机通过减速器带动。搅拌后的液体可以通过"排料阀(电控)"出料。搅拌桶中安装有液位检测开关，当"液位过高"、"液位过低"或者"液体空"时有相应的信号。

  ②控制要求 整个搅拌系统由统一的操作控制面板进行操作与控制，系统的启动通过控制面板上的"ON"按钮进行，系统停止与紧急停止共用一个按钮。

  系统启动后，在控制面板上应能够通过指示灯显示系统当前的工作状态。

  泵 A、泵 B、搅拌电机、排放阀由独立的启动/停止按钮进行控制，其工作/停止在控制面板上均有独立的指示。

  控制系统各部分的动作有如下“互锁”要求：

  a.在"手动进料阀"、"手动出料阀"未打开时，禁止"供料泵"启动;

  b.在“出料阀”打开或液体高位开关动作时，禁止“供料泵”启动;

  c.当“液体空”或“出料阀”打开时，不允许搅拌;

  d.在搅拌电机工作、“液体空”时，不允许进行排料;

  e.当系统紧急停止按钮动作时，停止全部动作;

  f.需要通过接触器的辅助触点对泵A、泵B、搅拌电机的PLC输出进行检查，若PLC 输出接通后2s内接触器未动作，则认为对应部分发生了故障。

  ③主要电气元件参数 控制系统主要电气元件参数如下。

  a.进料泵A(进料泵B相同)：三相交流异步电机型号：Y90L-4;规格：P。=1.5kW;I。=3.7A;ne=1440r/min。

  b.搅拌电机：三相交流异步电机型号：Y132M-6;规格：P。=4kW;I。=9.4A;ne=1440r/min。

  c. 排放电磁阀：电磁阀，DC24V/27W。

西门子plc具有很完善的自诊断功能，如出现故障，借助自诊断程序可以方便的找到出现故障的部件，更换后就可以恢复正常工作。故障处理的方法可参看西门子S7-200PLC系统手册的故障处理指南。实践证明，外部设备的故障率远PLC，而这些设备故障时，PLC不会自动停机，可使故障范围扩大。为了及时发现故障，可用梯形图程序实现故障的自诊断和自处理。

1. 超时检测

机械设备在各工步的所需的时间基本不变，因此可以用时间为参考，在可编程控制器发出信号，相应的外部执行机构开始动作时起动一个定时器开始定计时，定时器的设定值比正常情况下该动作的持续时间长20%左右。如某执行机构在正常情况下运行10s后，使限位开关动作，发出动作结束的信号。在该执行机构开始动作时起动设定值为12s的定时器定时，若12s后还没有收到动作结束的信号，由定时器的常开触点发出故障信号，该信号停止正常的程序，起动报警和故障显示程序，使操作人员和维修人员能迅速判别故障的种类，及时采取排除故障的措施。

2. 逻辑错误检查

在系统正常运行时，PLC的输入、输出信号和内部的信号(如存储器为的状态)相互之间存在着确定的关系，如出现异常的逻辑信号，则说明出了故障。因此可以编制一些常见故障的异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为ON状态，就应按故障处理。如机械运动过程中先后有两个限位开关动作，这两个信号不会同时接通。若它们同时接通，说明至少有一个限位开关被卡死，应停机进行处理。在梯形图中，用这两个限位开关对应的存储器的位的常开触点串联，来驱动一个表示限位开关故障的存储器的位就可以进行检测。

A、外部设备故障

外部设备就是与实际过程直接联系的各种开关、传感器、执行机构、负载等。这部分设备发生故障,直接影响系统的控制功能。

B、系统故障

这是影响系统运行的全局性故障。系统故障可分为固定性故障和偶然性故障。故障发生后,可重新启动使系统恢复正常,则可认为是偶然性故障。重新启动不能恢复而需要更换硬件或软件,系统才能恢复正常,则可认为是固定故障。

C、硬件故障

这类故障主要指系统中的模板(特别是I/O模板)损坏而造成的故障。这类故障一般比较明显,影响局部。

D、软件故障

软件本身所包含的错误,主要是软件设计考虑不周,在执行中一旦条件满足就会引发。在实际工程应用中,由于软件工作复杂、工作量大,因此软件错误几乎难以避免。对于可编程控制器组成的控制系统而言,绝大部分故障属于上述四类故障。根据这一故障分类,可以帮助分析故障发生的部位和产生的原因。

E、可编程控制器的自诊断测试

可编程序控制器具有的自诊断测试功能,在系统发生故障时要充分利用这一功能。在进行自诊断测试时,都要使用诊断调试工具,也就是编程器。

F、利用系统功能进行诊断测试

利用可编程控制器本身所具有的各种功能,自行编制软件、采取一定措施、结合具体分析确定故障原因。用户通过程序可以编辑组织块,来告诉CPU当出现故障时应如何处理,如果相应的故障组织块OB没有编程,当出现该故障时,CPU转到“STOP”状态。

西门子(SIMATIC)PLC以其的德国电路板制造工艺，在我国很过行业被广泛应用，西门子故障处理、PCL电路板维修因而成为很多企业设备维护技术人员掌握的本领。

S5系列PLC目前在我国工业市场常见的主要有U型(通用型)、W型(字处理型)、R型(开关型)等三种型号。不同型号的PLC，其故障表现和判断方式也不同。这其中，软件故障都可以利用西门子编程器解决问题，西门子plc都留有通讯PC接口，通过伺服编程器即可以解决几乎所有的软件问题。

通过软件PC程序可以判断是否是软件故障，如果是硬件故障，则需要的芯片级电路板维修工程师才可对其进行修复工作，PLC一般都是模块话结构构成，较为简单的处理方式就是更换故障板卡。而上海彩亚电路板维修有限公司的西门子在线检测平台则可以对所有模块结构进行检测，然后对故障部位进行芯片级维修处理，从而节约客户成本超过70%以上。

1、软故障的判断和处理

S5 PLC具有自诊断能力，发生模块功能错误时往往能报警并按预先程序作出反应，通过故障指示灯就可判断。当电源正常，各指示灯也指示正常，特别是输入信号正常，但系统功能不正常(输出无或乱)时，本着先易后难、先软后硬的检修原则检查用户程序是否出现问题。S5的用户程序储存在PLC的RAM中，是掉电易失性的，当后备电池故障系统电源发生闪失时，程序丢失或紊乱的可能性就很大，当然强烈的电磁干扰也会引起程序出错。有EPROM存储卡及插槽的PLC恢复程序就相当简单，将EPROM卡上的程序拷回PLC后一般都能解决问题;没有EPROM子卡的用户就要利用PG的联机功能将正确的程序发送到PLC上。需要特别说明的是，有时简单的程序覆盖不能解决问题，这时在重新拷贝程序前总清一下RAM中的用户程序是相当必要的。通过将PLC上的“RUN”“ST”开关按RUN---ST---RUN---ST---RUN的顺序拨打一遍或在PG上执行“Object—Blocks—Delete---inPLC—allblocks---overall—Reset”功能就完成了RAM中程序的总清。 另外，保存在EPROM中的程序并不是万无一失的，过分相信EPROM上的程序有时会给检修带来困惑。所以经常性的检查核对EPROM中的程序，特别是PG中的备份程序就显的尤为重要。

2、PLC硬件故障

PLC的硬件故障较为直观地就能发现，维修的基本方法就是更换模块。根据故障指示灯和故障现象判断故障模块是检修的关键，盲目的更换会带来不必要的损失。

(1)电源模块故障。

一个工作正常的电源模块，其上面的工作指示灯如“AC”、“24VDC”、“5VDC”、“BATT”等应该是绿色长亮的，哪一个灯的颜色发生了变化或闪烁或熄灭就表示那一部分的电源有问题。“AC”灯表示PLC的交流总电源，“AC”灯不亮时多半无工作电源，整个PLC停止。这时就应该检查电源保险丝是否熔断，更换熔丝是应用同规格同型号的保险丝，无同型号的进口熔丝时要用电流相同的快速熔丝代替。如重复烧保险丝说明电路板短路或损坏，更换整个电源。“5VDC”、“24VDC”灯熄灭表示无相应的直流电源输出，当电源偏差超出正常值5%时指示灯闪烁，此时虽然PLC仍能工作，但应引起重视，必要时停机检修。“BATT”变色灯是后备电源指示灯，绿色正常，黄色电量低，红色故障。黄灯亮时就应该更换后备电池，手册规定两到三年更换锂电池一次，当红灯亮时表示后备电源系统故障，也需要更换整个模块。

(2)I/O模块故障。

输入模块一般由光电耦合电路组成;输出模块根据型号不同有继电输出、晶体管输出、光电输出等。每一点输入输出都有相应的发光二极管指示。有输入信号但该点不亮或确定有输出但输出灯不亮时就应该怀疑I/O模块有故障。输入和输出模块有6到24个点，如果只是因为一个点的损坏就更换整个模块在经济上不合算。通常的做法是找备用点替代，然后在程序中更改相应的地址。但要注意，程序较大是查找具体地址有困难。特别强调的是，无论是更换输入模块还是更换输出模块，都要在PLC断电的情况下进行，S5带电插拔模块是不允许的。

(3)CPU模块故障。

通用型S5 PLC的CPU模块上往往包括有通信接口、EPROM插槽、运行开关等，故障的隐蔽性更大，因为更换CPU模块的费用很大，所以对它的故障分析、判断要尤为仔细。

检修实例：一台PLC合上电源时无法将开关拨到RUN状态，错误指示灯先闪烁后常亮，断电复位后故障依旧，更换CPU模块后运行正常。在进行芯片级维修时更换了CPU但故障灯仍然不停闪烁，至到更换了通信借口板后功能才恢复正常。

3.外围线路故障

据有关文献报道，在PLC控制系统中出现的故障率为：CPU及存储器占5%，I/O模块占15%，传感器及开关占45%，执行器占30%，接线等其他方面占5%，可见80%以上的故障出现在外围线路。外围线路由现场输入信号(如按钮开关、选择开关、接近开关及一些传感器输出的开关量、继电器输出触点或模数转换器转换的模拟量等)和现场输出信号(电磁阀、继电器、接触器、电机等)，以及导线和接线端子等组成。接线松动、元器件损坏、机械故障、干扰等均可引起外围电路故障，排查时要仔细，替换的元器件要选用性能可靠安全系数高的器件。一些功能强大的控制系统采用故障代码表表示故障，对故障的分析排除带来便利，应好好利用。

总结：西门子PLC其他系列的故障判断和处理方法与此原理相同可依次类推。任何芯片级精密设备遇到故障时，在没有十足把握情况下，一定要请的技术服务企业予以处理，擅自改动程序和维修紧密设备电路板可能会造成设备维修难度加大甚至报废的严重后果。

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　　（通过带 PROFIBUS DP 接口的 C7 或 PROFIBUS DP CP）
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