浅析西门子PLC在工厂应用中的常见问题及应对

安太玉

摘   要：西门子PLC是我国当前生产生活中最常见的可编程操控器之一，它改变了过去的接线逻辑，形式上也结合了信息化、微电子等新技术，强大的控制功能使得西门子PLC技术被大量企业、工厂所引进。由于工厂生产过程中的一些客观和主观因素，PLC技术的应用与发展受到了一定的干扰，从而影响了工厂的工作效率。本文通过对西门子PLC技术在工厂生产中常见的问题进行分析，从而总结出这些常见问题的应对策略。

关键词：西门子PLC  工厂应用  常见问题  应对

PLC早期被称为可编程逻辑操控器，它是一种用于自动化控制的数字运算控制器，本身具有微处理器，能够随时将控制指令载入内存，储存与执行的效果很好，因此得以闻名。从1958年开始，西门子SIMATIC系列PLC经过C3、S3、S5、S7系列发展，已经成为应用最为广泛的可编程操控器之一，因为其TDC系统沿用了SIMADYN D技术内核，S7系列目前已经成为西门子自动化系统最尖端、功能最强的可编程控制器。

1  西门子PLC综述

1.1 PlC的构成

PLC硬件主要包含CPU、储存器、输入单元、输出单元、通信接口和扩展接口电源几部分。第一，CPU为PLC的核心部分，通常会根据PLC机型配备不同种类的CPU，例如通用微处理器、单片微处理器、位片式微处理器。CPU可以指挥PLC准确接受编程器输入的程序和数据，诊断机器故障等。第二，存储器分为可读可操作和只读储存器，主要用于存放一些系统程序、用户程序和数据。第三，输入/输出，又称I/O单元或I/O模块，它负责PLC和工厂现场之间的连接，I/O接口能接受的输入、输出的信号个数是选择PLC的重要依據之一。第四，通讯接口可以实现PLC与监视器、打印机等各种设备之间的通讯。第五，智能接口是一个独立的计算机系统，有它自己的CPU和程序，通过总线和PLC交换数据，在PLC协调之下独立工作。第六，编程装置可以编辑、调试、输入用户数据，监视系统的运行、系统的仿真。

1.2 西门子PLC的特点

第一，可靠性高。单片微型CPU的集成度高，辅之以电路保护和自诊断功能，抗干扰能力强，提高了PLC的可靠性。第二，操作简便。不需要大量的电子元件，连线很少，维修也相对简单，一般不会在操作上出现什么问题。采用梯形图等多种编程语言，操作灵活方便。第三，运行快。PLC的控制由程序控制来执行，在运行速度上来说是继电器逻辑控制无法做到的。

1.3 西门子PLC工作的主要原理

PLC投入使用后会经历三个阶段，每顺序完成一次三个阶段则算完成一个扫描周期，PLC的工作过程就是在一次次周期更替中实现的。扫描周期是判断PLC好坏的重要指标，周期的长短与扫描速度和内存程序息息相关。

1.3.1 输入采样阶段

输入采样阶段的扫描方式是依次的、定期的读取输入状态和信息，将他们储存在I/O映像区内，这一过程结束后，即将转入其他两个阶段。在后续两个阶段中，输入映像区会进行隔离保护，不以任何形式与外界发生信息的交互，直到下次扫描周期重新开始[1]。

1.3.2 用户执行阶段

用户执行阶段的扫描顺序是自上而下的，所以也叫梯形图扫描，每次扫描的时候总是先从左边的控制线路开始，因为这些控制线路是由各个触点连接形成的。按照先左后右、由上至下的顺序来执行逻辑运算，相关运算结果将被传送至输出映像区，如果遇到跳转的情况，则要求我们对跳转条件做出分析。

1.3.3 输出刷新阶段

PLC真正的大量输出发生在这一阶段中，CPU基于I/O映像区对应的状态，刷新已有数据，最后再经过输出电路激活外设装置，最终实现PLC与外设设备进行信息交互这一终极目标。

2  西门子PLC在工厂应用中的问题

西门子PLC作为一种控制能力极强的集成设备被广泛应用于工厂工业自动化生产过程中，但是由于一些客观或者人为的因素，很容易在使用该项技术的过程中出现一些已知的问题或者觉察一些新的危机，因此我们应当注意下述的几个问题。

2.1 工作环境

PLC的使用一般不需要采取什么措施就可以投入到工厂的生产活动当中，但当处于生产环境过于恶劣、电磁干扰强烈的情况下，对PLC安装使用不当时就会发生运算法错误的情况，进而影响工作的效率。工作环境则包括温度、湿度、震动等等因素，其中对温度的要求在0～55℃之间，一些工厂不能保证良好的通风性，PLC在工作时处于发热量较大的元件之下，影响PLC的工作效率。PLC的绝缘性对工厂环境的湿度是有要求的，当空气相对湿度大于85%时，PLC的使用就受到了限制。部分工厂并没有采取防震措施，也没有人意识到为PLC设置专门的摆设地点的重要性，最终导致PLC工作的控制效果不能实现百分之百。

2.2 控制系统中存在干扰

电磁干扰是引起控制系统干扰的重要因素，直接影响了PLC工作稳定性，从而出现了操作偏差，甚至会造成工厂的损失，后果的严重性不堪设想[2]。PLC的使用主要靠电网来供给电量，空间磁场对供电系统的影响常有发生，这时候会出现电压过高等混乱情况，共模干扰和差模干扰是两种最常见的干扰模式，他们是指干扰杂讯流通路径的方式，凡是来自电源火线经由零线返回的杂讯都称为共模杂讯，因此共模干扰是一种非对称性干扰。而485通讯线由两根双绞线组成，差模干扰则是指通过两者之间的电压差来传递信号，是一种对称性干扰。

3  西门子PLC在工厂应用中常见问题的应对措施

3.1 严格把控温度、湿度、震动、空气等环境因素

第一，PLC操作过程中，要将工厂的空间温度严格控制在0℃～55℃。在实际工作过程中，大部分工厂都是处于通风情况较差且密闭的空间之内，为保证西门子PLC的工作过程不出差错，此时一定要保证通风效果，可以选择安装温度调控装置，避免空间温度升高以及设备发热后不能及时散热的情况发生，尽量不要将PLC装置安放在发热散热情况严重的装置旁边。

第二，保持PLC的绝缘性能良好，要使得工厂内相对空气湿度小于85%，尤其是在某些化工、石油等领域，避免出现凝露现象。

第三，虽说在工厂作业过程中不能避免其他相关设备的震动，但是考虑到PLC设备体积较小，容易发生共振的可能性更大，尤其是在10～55Hz情况下，更加容易引起间接的震动，此时的震动频率已经变成PLC故障的诱发因素。因此一定要减小震动的频率，采取有效的减震措施，例如可以充分在作业过程中使用减震胶等。

第四，在某些化工业的工厂中，经常存在一些氰化物气体或者是颗粒粉尘，这些腐蚀性气体和粉尘对电路板都具有破坏作用，因此一定要加强空气过滤处理，时刻注意工厂的通风，也可以选择将PLC安放在密闭性较好的控制室之中。

3.2 各种干扰问题的应对策略

3.2.1 电源输入串联LC滤波器

串联滤波器具有一个阻抗很低的串联谐振点，使得屏幕等设备可以有效的将电网造成的干扰给隔离开来，达到减少供电系统对PLC对的干扰效果。

3.2.2 布线合理化

网线与点预先、动力线、控制线都要对应一一配线，将线槽分开处理。保证接触器线圈、大功率继电器等与RC电路并联使用。I/O输入线要保证适当长度，不宜过长，输出线和输入线在同一根电缆上不能共存[3]。

3.2.3 完善接地系统

完善接地系统，提高电子设备的电磁兼容性，一定要将电源线接地端与柜体连线后再接地。选择正确的接地地点，不仅可以保证PLC工作的稳定性，还可以避免偶然发生的电压冲击危害。当电源漏电或者柜体带电的时候，可以将这些多余的电引入地下，总而保证工厂操作人员的生命安全。

3.3 熟练掌握故障诊断方法，及时发现问题

通过编程器PG在线测试发现故障源点，可以采用“STACK”法与“BSTACK”法。对CPU显示停止工作状况时的诊断，首先应该先观察指示灯，慢闪代表有故障，快闪则代表需要重新输入控制程序。观察PLC组成原件是否有问题、例如电源组件中的风扇、后备电池等。检查CPU控制面板上开关是否启动，假如在运行过程中出现STOP，那么则可以考虑为外界变成输入了停止CPU运行的指令，之后再对CPU面板上三个指示灯状态进行检查。

3.4 提高用户程序的稳定性

我国目前西门子PLC控制系统在实际工作中的环境处理问题还没有得到全部的解决，工作的稳定性不能得到很好的保证，所以提高用程序的稳定性就變得格外重要。PLC技术控制系统的电路可以分为内部与外部，用铜线将两个系统在设备的底部连接起来，以此来减少噪音对PLC控制系统产生影响[4]。

4  结语

西门子PLC系统具有体积小、速度快等特点，它的功能性强、可靠程度高，在已经取得重大成果的同时，不断改善自己产品的不足，引进新的技术结合，已有的成功经验，在控制规模与结构、性能与维护上也在不断做出适应社会变化的调整将西门子PLC系统推向了一个更高的高度。但目前西门在PLC在工厂生产应用中还存在一些问题尚未得到解决，如何使西门子PLC系统更高效、更完善的走进大家的视野是每一个研究者值得思考的问题。

参考文献

[1] 王俊红.西门子PLC在工厂应用中常见问题及处理浅谈[J].数字技术与应用，2010（4）：57-58.

[2] 闫朕.西门子PLC在工厂应用中的常见问题及处理措施[J].现代制造技术与装备，2017（11）：158，160.

[3] 张旭.西门子PLC在工厂应用中存在的问题及对策探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38（11）：110-111.

[4] 徐辉.西门子PLC在工厂应用中常见问题分析[J].山东工业技术，2017（2）：220.