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《電子技術(shù)與軟件工程雜志》2015年第五期

1PLC控制系統(tǒng)故障與故障分析處理方式

1.1PLC控制系統(tǒng)的故障現(xiàn)象2011年12月4日，在進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程中，冷床區(qū)的PLC控制系統(tǒng)，驟然頻頻發(fā)生故障，生產(chǎn)設(shè)備被迫停運(yùn)。該P(yáng)LC控制系統(tǒng)由西門(mén)子公司的電源模塊，CPU315-2DP，CPU-343通訊模塊，SM321的數(shù)字輸入模塊和SM322的數(shù)字輸出模塊，SM331的模擬量輸入模塊等構(gòu)成。故障現(xiàn)象是plc控制系統(tǒng)出現(xiàn)無(wú)規(guī)律死機(jī)的情況。死機(jī)以后，CPU的指示燈均呈現(xiàn)紅色閃爍狀，并且CPU無(wú)法復(fù)位。我們首先采用斷電重啟的方式對(duì)CPU進(jìn)行復(fù)位。但是故障還是會(huì)無(wú)規(guī)律的出現(xiàn)。

1.2PLC控制系統(tǒng)故障分析與處理措施

1.2.1在線診斷出現(xiàn)停機(jī)故障時(shí)，在STEP7中打開(kāi)在線窗口，在線診斷CPU的診斷緩沖區(qū)，在DiagnosticBuffer標(biāo)簽頁(yè)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明確的故障信息，因此我們?cè)诔绦蚶锩嬷匦录尤肓薕B80（時(shí)間錯(cuò)誤處理組織塊），OB82（診斷中斷處理組織塊）,OB85（優(yōu)先級(jí)錯(cuò)誤處理組織塊），0B86（機(jī)架故障組織塊），OB87（通信錯(cuò)誤組織塊），OB121（編程錯(cuò)誤組織塊），OB122（I/O訪問(wèn)錯(cuò)誤組織塊）組織塊，來(lái)排除OB組織塊沒(méi)有下裝時(shí)導(dǎo)致死機(jī)故障的原因。

1.2.2測(cè)試原程序考慮到程序使用過(guò)程中如果產(chǎn)生死循環(huán)也是導(dǎo)致停機(jī)故障的原因，因此我們首先將下位程序重新下載并認(rèn)真查看分析了原程序是否有死循環(huán)的程序存在，并檢測(cè)測(cè)試程序結(jié)構(gòu)是否正常。

1.2.3檢查DP頭和PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)考慮到DP頭和PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)屏蔽不良的情況，也有可能造成停機(jī)故障。因此，安排人員對(duì)DP頭和PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了檢查，檢查結(jié)果顯示為正常。

1.2.4替換通訊模件和CPU模塊我們通過(guò)分析認(rèn)為如果機(jī)架上的CPU-343通訊模件和CPU315-2DP模塊出現(xiàn)故障時(shí)，也有可能引發(fā)停機(jī)故障，所以又安排人員對(duì)冷床區(qū)的CPU-343通訊模件和CPU315-2DP模塊進(jìn)行了更換，并且考慮到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境粉塵重，因此我們先用壓縮空氣將控制板上的粉塵吹凈，再用95%的酒精清洗插槽及控制板的插頭，清洗完畢之后細(xì)心組裝，但是仍舊沒(méi)有排除停機(jī)故障。

1.2.5更換電源模件和DI模塊我們懷疑該故障是由直流24伏供電系統(tǒng)故障引起的，所以更換了直流24伏供電設(shè)備，同時(shí)還考慮到有可能是由負(fù)責(zé)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)量SM321數(shù)字輸入模件引起的，所以還對(duì)數(shù)字輸入模件進(jìn)行了清理與更換。但是仍然不斷的發(fā)生故障，由此判斷該故障不是由直流24伏供電設(shè)備與數(shù)字輸入模件引起的。

1.2.6分析干擾，采取相應(yīng)處理措施在通過(guò)上訴一系列的檢查、排除工作之后，還是沒(méi)有真正解決停機(jī)故障。我們通過(guò)查閱相關(guān)資料并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況懷疑現(xiàn)場(chǎng)存在很大的干擾問(wèn)題。雖然PLC控制系統(tǒng)安裝在控制室里，但是控制室里存在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備形成了惡劣的電磁環(huán)境。再加上，之前進(jìn)行了改造工作，由于當(dāng)時(shí)時(shí)間緊迫，為了盡快生產(chǎn)所以在改造時(shí)線路混亂，接地系統(tǒng)不規(guī)范，而且冷床區(qū)的PLC控制系統(tǒng)緊挨隔壁的化纖廠，腐蝕性氣體對(duì)PLC控制系統(tǒng)的影響很大，因此PLC控制系統(tǒng)的抗干擾性能差。如果PLC控制系統(tǒng)受到干擾將影響系統(tǒng)信號(hào)，造成系統(tǒng)信號(hào)錯(cuò)誤，PLC程序丟失，發(fā)生停機(jī)故障，而在這時(shí)停機(jī)故障發(fā)生頻繁，我們發(fā)現(xiàn)PLC程序丟失，因此我們就從干擾問(wèn)題上進(jìn)行分析，從接地保護(hù)，接地方式，屏蔽和抗噪聲等多方面進(jìn)行了處理。（1）對(duì)PLC控制柜外的強(qiáng)電設(shè)備的處理對(duì)其外殼、柜體、柜架、機(jī)座及操作手柄等金屬機(jī)構(gòu)進(jìn)行了良好的接地保護(hù)。（2）對(duì)PLC控制系統(tǒng)控制電源抗干擾的處理措施。由于PLC控制系統(tǒng)的正常供電是220V，如果受到空間電磁干擾時(shí)會(huì)在線路上形成感應(yīng)電壓和電路，很容易造成電壓缺口或尖峰。因此我們采用抗干擾性能更好的隔離變壓器來(lái)抑制對(duì)PLC控制系統(tǒng)控制電源的干擾。PLC，I/O模塊電源常用DC24V，也增加了隔離變壓器來(lái)抑制干擾，使經(jīng)過(guò)整流橋整流后能達(dá)到穩(wěn)定的直流電壓。（3）規(guī)范PLC控制柜的線路：與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)傳輸線，會(huì)通過(guò)變送器或共用信號(hào)儀表的供電電源串入電網(wǎng)干擾，也會(huì)受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾。這些干擾有可能導(dǎo)致了信號(hào)間的相互干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成死機(jī)故障。因此我們將直流和交流電壓的數(shù)字量信號(hào)線以及模擬量信號(hào)線更換成各自獨(dú)立的屏蔽電纜，帶屏蔽的信號(hào)線電纜與220V的電源電纜同裝在同一電纜槽內(nèi)，但是為了改進(jìn)抗噪性能，兩線間隔在10CM左右。其他電纜裝在單獨(dú)的一個(gè)電纜槽內(nèi)。（4）規(guī)范PLC控制系統(tǒng)的接地系統(tǒng)：包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地。接地系統(tǒng)能有效的抑制PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾影響。我們發(fā)現(xiàn)之前電纜的屏蔽層，采用了兩端接地的方式，這是錯(cuò)誤的。電纜的屏蔽層必須一端接地，如果兩端接地，就存在地電位差，有電流流過(guò)屏蔽層，當(dāng)在異常狀態(tài)時(shí)接地電流會(huì)很大，就有可能造成丟程序，死機(jī)故障。而且PLC控制系統(tǒng)的接地系統(tǒng)是和其他強(qiáng)電設(shè)備的接地系統(tǒng)混在一起的，這樣如果產(chǎn)生地環(huán)流在地線上就會(huì)形成不等電位分布，有可能造成PLC控制系統(tǒng)死機(jī)故障，因此我們將PLC控制系統(tǒng)的接地系統(tǒng)單獨(dú)接地。（5）屏蔽PLC機(jī)殼，在PLC機(jī)殼地板上加裝一塊等位屏蔽板，使用截面積不小于10mm2的銅導(dǎo)線連接以構(gòu)成等位屏蔽體，可以有效的消除了電磁干擾。并用粗短的銅線將PLC地板與中央接地點(diǎn)連接以防噪音干擾。

2結(jié)論

經(jīng)過(guò)這次故障排查可以得出PLC死機(jī)的常見(jiàn)原因包括硬件和軟件兩個(gè)方面。而PLC系統(tǒng)的抗干擾能力會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，不僅要求PLC生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力，而且要求工程設(shè)計(jì)，安裝施工和使用維護(hù)中引起高度重視，才能增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中，PLC設(shè)備故障具有多樣性的特點(diǎn)，因此要想提升PLC控制系統(tǒng)故障處理水平,工作人員就得不斷強(qiáng)化專業(yè)知識(shí)并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)還要選用有效的監(jiān)控方式，使用正確的解決方法。

作者：余春燕單位：攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司