張文慧

【摘 要】隨著技術(shù)的不斷成熟，PLC系統(tǒng)的功能也得到了完善。與此同時(shí)，一些硬件故障的問(wèn)題依然存在于實(shí)際的生產(chǎn)中，影響著系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮。結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可知，西門(mén)子S7-400PLC系統(tǒng)常見(jiàn)的硬件故障有一定的規(guī)律可循。對(duì)常見(jiàn)的硬件故障采取一些恰當(dāng)?shù)姆婪洞胧┖吞幚泶胧軌虮Ｕ螾LC系統(tǒng)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)。

【關(guān)鍵詞】西門(mén)子PLC系統(tǒng) 硬件故障 診斷與分析 處理方法

隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，西門(mén)子PLC系統(tǒng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。作為數(shù)字電子裝置，其內(nèi)部的硬件對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作狀況起著非常重要的影響。一旦出現(xiàn)硬件故障，則系統(tǒng)無(wú)法保持穩(wěn)定連續(xù)的自動(dòng)化操作。本文結(jié)合西門(mén)子PLC系統(tǒng)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，對(duì)硬件故障的表現(xiàn)和成因進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，并提出了相應(yīng)的解決辦法。

1 西門(mén)子PLC系統(tǒng)的概況

1.1 PLC系統(tǒng)的概況

PLC系統(tǒng)包含著一系列復(fù)雜的運(yùn)算程序，從邏輯運(yùn)算，到順序控制、時(shí)間順序、計(jì)數(shù)和算數(shù)運(yùn)算，形成一個(gè)自動(dòng)處理數(shù)據(jù)的完整流程。因此，只要將符合條件的指令輸入到存儲(chǔ)器中，就能夠通過(guò)模擬、數(shù)字等輸入和輸出軟件進(jìn)行控制，控制的內(nèi)容不僅包含了機(jī)械設(shè)備，也涉及到整個(gè)生產(chǎn)的過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，典型的PLC系統(tǒng)包括CPU模塊、電源模塊和一些I/O模塊，而這些模塊又通常被安裝在一塊背板上。遵循著簡(jiǎn)單方便的原則，PLC系統(tǒng)在多年來(lái)的發(fā)展與進(jìn)步中保持著人性化設(shè)計(jì)的方向。因此，盡管現(xiàn)代的PLC系統(tǒng)在功能上已經(jīng)得到了較大的完善，但是操作依然簡(jiǎn)單便捷，并不因此而復(fù)雜艱難?？偟膩?lái)說(shuō)，PLC系統(tǒng)由于體積較小，需要的安裝空間不大，所消耗的能源較少。根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，如果在基本的控制功能之外還需要加入一些特定的其他功能，則可以在背板上加入可選的特殊功能模塊，將所需的程序設(shè)計(jì)進(jìn)去。

1.2 PLC系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

西門(mén)子PLC系統(tǒng)作為可編程邏輯控制器，具有自動(dòng)化程度高、操作方便、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了不同行業(yè)生產(chǎn)的接納與推廣使用。將PLC系統(tǒng)用于工業(yè)生產(chǎn)，能夠有效提高工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，從而極大的提高生產(chǎn)的效率。PLC系統(tǒng)主要的作用分為開(kāi)關(guān)量控制、限時(shí)控制、數(shù)量控制、步進(jìn)控制幾大類(lèi)，以及相應(yīng)的計(jì)算處理作用，如數(shù)據(jù)處理、模擬量處理、通訊和互聯(lián)網(wǎng)處理等等。根據(jù)具體使用需要的不同，往往在設(shè)計(jì)和制造PLC系統(tǒng)的時(shí)候可能會(huì)存在著結(jié)構(gòu)、形狀、大小、種類(lèi)等不同。但總的來(lái)說(shuō)，幾乎所有的PLC系統(tǒng)都有一些共同的特點(diǎn)。除了投運(yùn)周期短、造價(jià)便宜等優(yōu)點(diǎn)之外，PLC最大的優(yōu)點(diǎn)是控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單快捷[1]。

2 西門(mén)子PLC系統(tǒng)的硬件故障分析與處理

2.1 PLC系統(tǒng)硬件故障的識(shí)別

西門(mén)子PLC系統(tǒng)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，抗干擾的能力也很強(qiáng)，這也就是說(shuō)一般來(lái)說(shuō)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的幾率比較小。如果出現(xiàn)問(wèn)題，則主要是分為硬件上的故障和內(nèi)部的故障。所謂內(nèi)部故障，多指的一些軟件上的問(wèn)題。例如編輯的程序出現(xiàn)問(wèn)題或者發(fā)生功能性的錯(cuò)誤。而硬件故障則主要是由于系統(tǒng)零件出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)無(wú)法正常工作的情況。對(duì)于不同的故障類(lèi)型，在具體的維修措施上有所不同。因此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障的時(shí)候，首先應(yīng)該分清故障出現(xiàn)在哪一個(gè)具體的部位、是屬于什么類(lèi)型的故障，才能夠進(jìn)行下一步的維修處理。利用指示燈的功能，可以比較清楚的檢測(cè)出故障的類(lèi)型和所在。如果確定故障是屬于硬件方面的，則應(yīng)該進(jìn)一步確定故障是發(fā)生在I/O模塊還是控制器上。系統(tǒng)外部的設(shè)置包括了很多產(chǎn)品：接觸器、繼電器；安全保護(hù)開(kāi)關(guān)、遠(yuǎn)控轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)等；電源、地線等；傳感器、接線盒、儀表等。這些零件中任何一個(gè)部位都可能是引發(fā)硬件故障的原因，需要具體問(wèn)題具體分析。這些故障主要是屬于系統(tǒng)外設(shè)的故障[2]。

2.2 處理硬件故障的注意事項(xiàng)

就硬件故障來(lái)說(shuō)，PLC系統(tǒng)主要是通過(guò)發(fā)揮系統(tǒng)自身的診斷功能來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。最新的PLC控制系統(tǒng)已經(jīng)能夠自動(dòng)診斷出大多數(shù)的硬件故障。但是對(duì)于一些比較精細(xì)復(fù)雜的問(wèn)題仍然需要人工操作，才能夠有效解決。

PLC系統(tǒng)自我診斷有一套比較固定的流程。首先是進(jìn)行整體的檢查，依次檢查電源、運(yùn)行燈、輸入和輸出接口等處是否正常工作。根據(jù)檢查的具體結(jié)果作進(jìn)一步的細(xì)致檢查，比如電源燈不亮的話則應(yīng)考慮為電源出現(xiàn)問(wèn)題。接下來(lái)則對(duì)電源的接口、線路是否出現(xiàn)故障等問(wèn)題進(jìn)行仔細(xì)的排查，直到找出問(wèn)題的根源。如果以上內(nèi)容都處于正常工作的狀態(tài)，則應(yīng)對(duì)微處理器進(jìn)行檢查或更換。其次，還要對(duì)PLC系統(tǒng)的外部運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行檢查。由于電子系統(tǒng)對(duì)環(huán)境十分敏感，空氣的濕度、清潔度、周邊溫度等因素都會(huì)直接影響PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況。因此，對(duì)腐蝕性物質(zhì)、周邊環(huán)境的細(xì)致檢查也是分析硬件故障的必要環(huán)節(jié)之一。

有時(shí)看似軟件故障的問(wèn)題也可能包含著硬件的故障，需要進(jìn)行綜合處理。如果設(shè)備應(yīng)用程序出錯(cuò)，除了考慮網(wǎng)絡(luò)故障或者信號(hào)干擾故障之外，還應(yīng)考慮到控制器的電路系統(tǒng)是否正常。這時(shí)可以重新輸入備份程序，如果系統(tǒng)立即恢復(fù)正常運(yùn)行，則說(shuō)明是程序系統(tǒng)的故障；如果沒(méi)有恢復(fù)，則應(yīng)當(dāng)認(rèn)真檢查單片機(jī)系統(tǒng)是否出了問(wèn)題。很有可能就是部分電路或者相關(guān)的元件發(fā)生了損壞，才導(dǎo)致了故障。如果是因?yàn)殒i存器芯片損壞了引發(fā)的故障，則需要更換一塊同樣型號(hào)、同樣功能的芯片。為了保證PLC的運(yùn)轉(zhuǎn)，也需要對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)和維修。要注意常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)故障和信號(hào)干擾問(wèn)題，及時(shí)檢查電氣設(shè)備的狀態(tài)。對(duì)于易磨損的硬件設(shè)施，應(yīng)該定期進(jìn)行清理和檢查，及時(shí)更換老舊的元件。另外，還需積累一些關(guān)于常見(jiàn)的硬件故障的處理經(jīng)驗(yàn)。例如，當(dāng)運(yùn)行燈不亮?xí)r，可以采取這些方法：更換程序；檢查電源線路是否正常；更換CPU單元，并修改I/O單元號(hào)等等。雖然經(jīng)驗(yàn)不完全保證準(zhǔn)確，但是卻能夠減少維修的時(shí)間，節(jié)約更多的人力物力。在檢查分析硬件故障的時(shí)候也要講究方法，盡可能快速的找到問(wèn)題根源，采取有效措施。除了直接進(jìn)行檢查，還可以采用逐步縮小檢查范圍的方法來(lái)鎖定故障的位置，這一方法能有效避免重復(fù)，且檢查的結(jié)果比較精確；或是采取對(duì)比替換法檢查元件的狀態(tài)，一經(jīng)對(duì)比有問(wèn)題的元件就會(huì)立刻顯現(xiàn)出來(lái)。再或者可以利用專(zhuān)業(yè)的檢測(cè)儀器來(lái)進(jìn)行硬件故障的分析和處理[3]。

2.3 PLC系統(tǒng)硬件故障的分析與處理

上文已經(jīng)對(duì)如何檢測(cè)歸類(lèi)PLC系統(tǒng)故障、如何全面采取措施預(yù)防和處理硬件故障兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的敘述。下面本文將結(jié)合實(shí)際使用中的具體情況，來(lái)逐條分析PLC系統(tǒng)的硬件故障及處理辦法。

（1）控制器。如果是控制器發(fā)生故障，則可能是輸入模塊或者是電壓出現(xiàn)異常。電壓的異常可以通過(guò)測(cè)量?jī)啥说碾妷号袛喑鰜?lái)。為了保證電壓故障檢測(cè)的正確性和安全性，應(yīng)該首先關(guān)閉相關(guān)的輸電設(shè)備，再進(jìn)行電壓檢測(cè)。而輸入模塊的故障則需要在系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，讓專(zhuān)業(yè)檢修人員采取進(jìn)一步的措施才能夠得到比較正確的檢測(cè)。系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)主要是利用梯形圖監(jiān)控PLC系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。如果指示燈顯示出現(xiàn)故障，則進(jìn)一步分析到底是輸入接口還是輸出接口出現(xiàn)問(wèn)題。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題端口之后，改動(dòng)相應(yīng)程序恢復(fù)正常運(yùn)行。然后再由人工對(duì)端口進(jìn)行維修或者更換。（2）電源。PLC系統(tǒng)本身的電源部件需要將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，如果電源出現(xiàn)問(wèn)題，首先應(yīng)考慮是否部件的壽命已經(jīng)到期。正常的電源部件需要5年一換，如果是部件的問(wèn)題，則重新更換完全一樣的部件即可。其次應(yīng)該考慮過(guò)電流引起的熔絲熔斷，而引發(fā)過(guò)電流的原因又可分為CPU和I/O單元內(nèi)部的部件發(fā)生故障，或者是觸碰到金屬而導(dǎo)致電路短路。然后還應(yīng)該考慮是否電壓不穩(wěn)而造成電源無(wú)法正常使用。（3）I/O卡件。首先應(yīng)檢查總線插座是否連接良好，接口處是否完好。如果經(jīng)過(guò)判斷發(fā)現(xiàn)I/O卡件出現(xiàn)故障，則可以更換通道或是用備用卡件更換。內(nèi)部元件的老化和陳舊可能會(huì)導(dǎo)致卡件無(wú)法正常工作，而對(duì)卡件內(nèi)部進(jìn)行檢修比較困難，直接更換卡件更為快捷高效。同時(shí)需注意I/O連線走向的問(wèn)題，盡量避免與其他線路出現(xiàn)重疊[4]。（4）通訊卡件。通訊卡件能夠確保PLC系統(tǒng)內(nèi)部信息傳達(dá)的暢通。首先通訊卡件的線路出現(xiàn)問(wèn)題的話，則通訊系統(tǒng)也會(huì)隨著出現(xiàn)故障。其次，接頭處的連接也會(huì)影響通訊效果?？偟膩?lái)說(shuō)，如果通訊卡件出現(xiàn)故障，則應(yīng)該進(jìn)行更換。但需要注意的是更換以后的通訊卡件應(yīng)該重新設(shè)置通訊參數(shù)，否則不能恢復(fù)正常的通訊。（5）以太網(wǎng)交換機(jī)。作為連接計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵元件，以太網(wǎng)交換機(jī)承擔(dān)著重要的輸入輸出作用。對(duì)于以太網(wǎng)交換機(jī)的各處接口應(yīng)當(dāng)首先進(jìn)行仔細(xì)檢查，如果接觸不良，則不能正常使用。如果接線和接口都沒(méi)有問(wèn)題，則應(yīng)考慮是否因?yàn)榻涌趬牡舳鵁o(wú)法使用。再然后則應(yīng)該考慮交換機(jī)內(nèi)部的元件是否有老舊退化的現(xiàn)象，進(jìn)而詳細(xì)排查。對(duì)于能夠維修的元件課維修也可更換，但注意更換時(shí)必須使用同一型號(hào)、同樣規(guī)格的替換元件。如果交換機(jī)無(wú)法維修，則可以直接更換一個(gè)新的。

3 結(jié)語(yǔ)

以上是西門(mén)子PLC系統(tǒng)中常見(jiàn)的幾個(gè)硬件故障，通過(guò)分析可以得出一般的解決措施為：當(dāng)發(fā)生硬件故障時(shí)，首先需要及時(shí)檢測(cè)出故障所在，然后需要排查出現(xiàn)問(wèn)題的元件，進(jìn)而維修或更換部件。

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