西门子PLC自动控制系统故障现象分析及处理探析

俞大俊

摘  要：西门子PLC控制器以很高的稳定性和可靠性，在很多工业控制领域得到了广泛的应用，为了保证控制系统的正常运行，需要维护人员通过故障现象及时准确地发现故障原因，将控制系统恢复到正常运行状态。本文对PLC控制系统硬件故障现象进行总结，并对如何采用故障诊断办法进行探讨。

关键词：PLC控制器;硬件故障;处理措施

西门子PLC控制系统以商务电脑作为上位机，运行Wincc6.0组态系统，下位机为S7-414控制器，应用6块ET200M来实现与其它子站间的通信，经过CP5611通讯卡来保证PLC控制器与上位机的数据交互，网络间通信应用Profibus总线技术。

1 PLC控制系统硬件故障现象与分析

1.1 PLC控制器

S7-414控制器为核心元件，可以运行用户编写的控制程序，有着强大的自我诊断能力。运行时故障会通过LED指示灯来提警用户，也可以采取在线检查PLC系统硬件组态缓冲区的数据信息来进行判断。400系列的PLC不同的指示灯亮起代表着不同的运行故障，需要查看手册来检查相应故障，如果控制器启动运行时间变长，或者状态指示灯STOP持续闪烁，表明控制器自身存在着故障，应该及时进行维修或更锦，对电源模块或运行环境进行检查。对存在故障的414控制器进行拆卸检查时发现，电路板金属部件为灰黑色，存在着白色结晶体，这是由于运行环境中含有碱成分的粉尘等物质导致的，使得控制器使用寿命变短。因为电路板采用的元件都是贴片式，擅自维修会损坏电路板，需要送到专业的维修机构进行处理。

1.2通讯系统

利用西门子PLC控制器建立起的控制系统可以兼容MPI、ProfiBus和以太网协议，本控制系统通过CP5611实现上位机与控制器间的通信，利用ET200M与其它子站控制器间的通信，通过ProfiBus总线来完成硬件连接。通信电缆需要具备较好的阻抗匹配性能，在通信线路敷设和安装时应该采取相应的保护措施，防止由于使用不当造成通信中断。当数据通讯存在故障，需要对PLC控制器和LED故障指示灯和通讯卡进行检查，核实电缆是否存在断路，通讯插头是否接触良好。上位机与PLC控制器间的通讯状态可以通过软件进行测试，而通讯模块、输入输出模块与PLC控制器的通读状态检测可应用硬件组态来对其进行诊断与识别。网络间的通读状态可以应用专业网络设备进行检测，可以对Profibus总线数据传输情况进行检测，并对故障进行诊断与分析。ProfiTrace2可以对电缆通讯质量、电缆通断状态，终端电阻等性能进行检测。

1.3 I/O模块

输入输出模块故障可以利用LED故障指示灯进行初步地判断，或者利用软件来对故障进行检测。模拟量输入模块可以标准信号发生器来对其进行检测，数字量输入模块则采用短接法来对故障进行断，而模拟量输出、数字量输出可以将仪表接入到回路来对输出信号进行检测。在模拟量输入模块回路正极安装有保险端子，模拟量输出模块回路串入250欧的电阻，可以防止由于现场监测仪表接线错误对PLC信号通过造成损坏，如果使用环境中存较大的电磁干扰，还应该采用隔离器对信号进行调整。数字量输入输出模块可以利用中间继电器来进行保护，可以防止强电进入到PLC控制器造成通道损坏。

1.4电源模块

西门子控制的稳定运行需要采用专业的开关电源，可以为控制提供DC24V电源。多利用西门子自带的PS-407电源模块，带有故障指示灯和运行状态指示灯，如果电池极性接反会进行故障提示，PLC控制系统中的通讯模块和输入输出模块采用该电源模块供电，也可以对外围的传感器、电磁阀和中间继电器等提供电源，该开关电源是否正常运行与交流电供电质量、负载等有着直接的关系，可以利用在线仪器对其进行检测和排除。

1.5上位机

上位机利用商务台式机，运行Wincc组态软件来对控制系统运行状态进行监测，还可以设置控制参数，生成运行曲线等。由于商务台式机有着很高的稳定性，不需要经常性的维护，只需要保證用于控制系统上位机，做好运行数据的存储与备份，定期对主机灰尘进行清理就可以满足使用要求。

2 PLC控制系统故障诊断办法

控制系统经常应用的有智能诊断法、直接检查法、仪器分析法以、折半查找法等。直接检查法是最为简单的故障诊断方法，可以根据上面论述的故障现象进行对比，该种方法虽然简单直接，但需要维修人员具备足够的经验。

折半查找法，需要对PLC控制系统十分熟悉，可以有针对性将故障范围进行缩减，更快地确定故障位置。比如，上位机在运行过程中存在着临测界面数据变成灰色，数据反应迟滞，执行机构无法及时调整等。在对故障进行处理时，需要将CP5611通讯卡作为故障诊断的关键环节，识别故障是由上位机还是PLC控制器导致。可以将西门子编程软件的诊断窗口打开来对软、硬件进行诊断，如果没有发现诊断结果，可以判定故障在PLC控制器。

对比替换法也比较常用，采用不存在故障的功能模块、信号源等来替换，通过替换对比来对系统故障进行判。当检测到某运行信号存在异常，应该将线路改接到相近数据通过进行检查。如果输入输出模块存在异常，而无法准确对故障原因进行识别与判断，可以利用该法进行尝试。

逻辑分析法是通过对故障现象进行深入地对比观察，通过推理和分析得出相应的故障结论。比如，在PLC实际运行过程中，上位机数据转变为灰色，数据存在着延迟等现象，而控制器的BUS1F指示灯被点亮。ET200M通讯查获块中的BF指示灯也被点亮。由于该控制系统应用相同的DP总线方式，把PLC控制器数据连接头内的终端电阻设置到ON位置，将上位机接头断开，故障报警还继续存在。可以将ET200M通讯模块数据连接头终端电阻将每个站号都拔到ON位置，如果拔到对应故障站号时，ET200M通讯模块故障指示灯熄灭，而PLC控制器BUS1F灯还处于点亮状态，那么可以判断该站号对应的ET200M模块可能存在运行故障，将该通信模块更换以后，通讯系统可以恢复正常的数据交互。

仪器检测方法多用于对PLC控制系统网络情况进行识别与诊断，通过对网络状态的动态监测与分析，可以将故障范围缩小，有效地提高故障排除效率。控制系统的接地状态可以通过专用的电阻测试仪来完成，识别接地电阻能否达到安全运行的要求，并采取相应的措施来进行处理。智能诊断法是应用西门子S7编程软件自带的硬件诊断功能，与PLC控制器进行连接，对数据缓冲区内的信息进行识别与诊断，再参考帮助文件内容对其做出处理。

3结束语

PLC控制系统是通过软件、硬件结合成的有机整体，每个环节存在问题都会影响系统的功能，会使部分功能无法按着程序设计要求来运行，严重情况下会使执行机构受损，正常的生产无法得到保障。维护人员应该对PLC控制系统进行深入的认识，可以从故障现象中判断出诱发原因，再利用不同的故障诊断方法及时排除故障，将控制系统恢复原来的功能。

参考文献：

[1]刘文哲.西门子S7-400PLC的维护和故障诊断[J].中国金属通报，2020（03）：238+240.

[2]郭石应.DF12内燃机车西门子微机系统故障问题分析[J].内燃机与配件，2020（02）：146-147.

[3]安太玉.浅析西门子PLC在工厂应用中的常见问题及应对[J].科技创新导报，2020，17（03）：69-70.

[4]段立文，段炼.西门子PLC-1500和昆仑通态触摸屏通信排疑[J].设备管理与维修，2019（24）：53-54.

[5]刘廷敏.西门子PLC系统在轧钢线常见故障处理的应用[J].设备管理与维修，2019（22）：74-76.