PLC 系统简介及故障分析

PLC系统软硬件简介、日常维护及故障分析培训目的PLC技术已广泛应用于各控制领域，尤其是在机械自动化控制中，它具有其它控制器无可比拟的优点，可靠性高、抗干扰能力强，在恶劣的生产环境里，仍然可以十分正常地工作。作为PLC本身，它的故障发生率非常低，但对以PLC为核心的PLC控制系统而言，组成系统的其他外部元器件（如传感器和执行器）、外部输入信号和软件本身，都很可能发生故障，从而使整个系统发生故障，有时还会烧坏PLC，使整个系统瘫痪，造成极大的经济损失。所以技术人员必须熟悉PLC技术,并能够熟练地诊断和排除PLC在运行中的故障。内容1、软硬件介绍2、日常维护和故障处理3、人机界面编程软件介绍一、PLC基础主要内容：1、首先熟悉PLC硬件（主要以S7-300为例）2、简单程序认知3、简单介绍如何判断及解决问题PLC的简单介绍

可编程控制器即PLC(ProgrammableLogicController)从广义讲也是一种计算机控制系统,只不过它具有比计算机更强的与工业过程相连的接口,具有适用于控制要求的编程语言。所以，可编程控制器与一般的计算机控制系统一样，也具有中央处理器、内存、I/O接口等部分。目前常用PLC西门子、欧姆龙、三菱，近年S7-300居多下面以S7-300为例如图S7-200S7-300钥匙开关手动设定CPU的操作模式先参看图S7-400-MRES=内存清除（全清内存复位。）-STOP=停机模式：即使CPU置为在线状态，不执行用户程序。-RUN=运行模式：执行用户程序。但只能读程序，不允许修改。状态显示-SF=系统错误、内部CPU错误或可诊断模板错误。-BATE=电池故障、电压故障或电池不存在。-DC5V=＋5V电源：DC电压指示-FRCE=强置：指示至少有一个输入/输出被强置-RUN=运行模式：当CPU启动时闪烁，在运行模式下保持常亮。-STOP=停机模式：当需要内存清除时闪烁，在停机模式下常亮。存储器模块在此处可以使用以个内存模块（存储卡），它用来当电源故障或没有电池时保存用户程序。电池在盖板下面有一理电池座。电池用于当CPU没有供电时保存内容。MPI连接

在盖板下面有一9针多点接口连接器，它是编程的接口。

I/O模块

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

电源模块

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源（我们一般外加稳压电源）。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。

板或机架

大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

以上是PLC面板介绍

编程语言简介:可编程控制器的编程语言用图形方式表达运算功能，指令由不同的符号图形组成，易于理解，易于记忆。逻辑运算部分，多数厂家沿用过去逻辑控制中的梯形图，象征性很强。较复杂的算术运算，计时计数，以至闭环控制中的PID调节器，一般用方框图表示，注上不同的符号，留有输入输出参数口；象征性不如逻辑运算部分。梯形图如下（参看程序）

简单程序认知首先简单介绍一下I/O地址S7-300的机架上的插槽号有助于确定系统的地址规划，模块的第一个地址是由它在机架上的位置决定的。插槽1：电源。作为缺省，这是第一个插槽。对电源不分配地址。插槽2：CPU。它必须紧靠电源同样也不分配地址。插槽3：接口模块（IM），用于连接扩展机架，也不分配地址。插槽4-11：信号模块。插槽4是I/O模块的第一个槽地址规划见下面：数字量组态：每个数字量模块的地址寄存器自动按4个字节分配，不管实际的I/O点数是否与之相同。S7-300系统的实际I/O与CPU内的外设存储区（PI和PO）相对应。可以用位、字节、字或双字的形式访问过程映像输入/输出区。如下图I/O地址组态-数字量S7-300/400对数字量没有指定的寄存器，如PIIPIQ它们在每个扫描周期自动更新。相反的在用户程序中，通过访问模拟量地址可以更新资料。模拟量的输入标识为PIW，输出量标识为PQW.起始地址是256，如下图：I/O地址组态-模拟量

以梯形图为例讲常用的触点符号：

在LAD（梯形图）程序中，通常使用类似继电器控制电路中的触点符号及线圈符号来表示PLC的位元件，被扫描的操作数（用绝对地址或符号地址表示）则标注在触点符号的上

方，如图所示。1.常开触点

对于常开触点（动合触点），则对“1”扫描相应操作数。在PLC中规定：若操作数是“1”则常开触点“动作”，即认为是“闭合”的；若操作数是“0”，则常开触点“复位”，即触点仍处于打开的状态。常开触点所使用的操作数是：I、Q、M、L、D、T、C。2.常闭触点

常闭触点（动断触点）则对“0”扫描相应操作数。在PLC中规定：若操作数是“1”则常闭触点“动作”，即触点“断开”；若操作数是“0”，则常闭触点“复位”，即触点仍保持闭合。常闭触点所使用的操作数是：I、Q、M、L、D、T、C。3.输出线圈（赋值指令）

输出线圈与继电器控制电路中的线圈一样，如果有电流（信号流）流过线圈（RLO=“1”），则被驱动的操作数置“1”；如果没有电流流过线圈（RLO=“0”），则被驱动的操作数复位（置“0”）。输出线圈只能出现在梯形图逻辑串的最右边。输出线圈等同于STL程序中的赋值指令（用等于号“=”表示），所使用的操作数可以是：Q、M、L（本地数据寄存器）、D（2DW或4B双字节）。

如何建立一新项目及编程首先介绍如何建立新项目软硬件组态介绍如何建立功能块组织块OB1块构成了S7CPU和用户程序的接口。可以全部把程序存在OB1中，让它连续不断地循环处理。也可以存入不同的块中，用OB1在需要时调用这些程序块，除OB1外。操作系统根据不同的事件调用不同的OB块，例如时间-日期中断诊断中断功能块（FB）功能块是在逻辑操作块内的功能或功能组，它一般需要背景数据块功能（FC）功能类似于功能块的逻辑操作块,它不需要数据背景块数据块（DB）数据块是，一个永久分配的区域，其中保存其他功能的数据或信息，数据块是可读写。系统功能（SFC）存储在CPU的操作系统中；用户可以调用此功能块（不需要存储器）系统功能块（SFB）存储在CPU的操作系统中；用户可以调用此功能块（需要存储器）系统数据块（SDB）用于组态数据和参数的数据块双击

建立组织块功能块数据块，在上面界面右击如下图：如何打开一个项目：双击桌面图标：

如下图：再点击下图内文件夹图标或点击“文件” →→“打开”

如何打开一个项目：如何打开一个项目

如何打开一个项目简单指令介绍：

1.逻辑“与”指令2.逻辑“或”指令3.逻辑“异或”指令4.置位和复位指令

置位（S）和复位（R）指令根据RLO的值来决定操作数的信号状态是否改变，对于置位指令，一旦RLO为“1”，则操作数的状态置“1”，即使RLO又变为“0”，输出仍保持为“1”；若RLO为“0”，则操作数的信号状态保持不变。对于复位操作，一旦RLO为“1”，则操作数的状态置“0”，即使RLO又变为“0”，输出仍保持为“0”；若RLO为“0”，则操作数的信号状态保持不变。这一特性又被称为静态的置位和复位，相应地，赋值指令被称为动态赋值。例子：简单程序介绍下面是LAD梯形图FBD功能块PLC系统日常维护日常维护前注意事项：1、安全第一：拆卸设备之前先断电，注意安全。2、清洁电柜的时候注意不要把灰弄到处都是3、动过的所有地方做好标记，注意观察，比如有些地方重新接线，线鼻子重新压过，需要在设备重新投产后注意观察这些地方是否有问题。PLC系统日常维护数据备份：1、软件部分注意备份，每当有改动的部分及时保存及时备份。2、对于有些没法通讯的控制器，比如软启动器，需要手动记录内容的参数，以备不测。对于有些程序改动部分最后手动也做好记录。PLC系统日常维护系统断电（检修情况下）1、数据备份完成后，执行倒闸操作，断电时先断开下面的各个保护开关。2、再断开总开关（上电时先上控制柜总开关，再一次打开下面的各个保护开关）3、安全锁，现场断电后最好安全锁定，防止有人意外送电，避免触电和系统损坏。PLC系统检修时的维护外观及环境检查1、有无灰尘2、稳压电源或24VDC出线电压测量，是否在正常的电压范围3、停电后系统绝缘测试PLC系统检修时的维护控制柜清扫1、设备断电，把PLC，变频器等散热孔的电子元器件遮挡好，最好把PLC模块拆下。2、只能使用吸尘器，不能使用压缩空气吹，因为压缩空气会把灰尘吹到设备内部，并且压缩空气经常含水，进入设备内部容易短路。3、吸尘完毕后要检查一下接线端子是否有松动。PLC系统检修时的维护PLC系统检修时的维护设备接地检查1、Profibus接地测量：注意屏蔽层是否老化，屏蔽层老化带来皆接地不好，容易造成Profibus站点丢失，（人们容易忽视此处，如果接地不好也容易造成雷击）2、模拟量信号接地检查同上。3、检查接地线有无锈蚀。PLC系统检修时的维护PLC系统检修时的维护继电器检查1、如果在生产过程中出现电磁阀不吸合或不断开的情况，则按照下面的步骤检查。A对应的电磁阀的继电器LED灯是不是亮，亮起表示电磁阀带电，不亮表示不带电；B如果应亮而没起说明继电器有问题进一步用万用表测量线圈是否开路。C如果触点有问题可以更换另一触点PLC系统检修时的维护PLC系统检修时的维护更换过滤网和风扇检查1、根据现场情况，半年或一年更换一次过滤网。否则影响设备的散热。2、检查风扇运行情况及通风口是否畅通，保障设备运行正常。PLC系统检修时的维护其他对于连接的电气元件例如接触器、变频器、铜排都要进行检查。PLC系统检修时的维护软件维护1、设备硬件记录与整理2、有时设备出现问题不一定会造成停机，但在PLC的诊断缓冲区里面都有记录，因此定期查看该记录对于设备的维护意义重大，这也叫防护性维修。3、及时了解出现问题的站点，查找原因，及时准备。PLC系统检修时的维护例如某个站点丢了；一会儿又回来了，这种比较危险，需要检查PLC系统检修时的维护此种报警比较危险的原因是：有可能通讯受到干扰或者DP总线接头氧化甚至屏蔽层氧化造成接地不好，所以做好相应处理。简单介绍如何判断及解决问题PLC控制系统的故障分布:控制系统故障的早期诊断对于生产有着重要的意义，为了缩短早期故障期，进一步延长随机故障期，推迟耗损故障期的到来，我们一般会采用的方法，在系统设计伊始就采取一定的措施，在耗损故障期到来之前，首先更换进入耗损期故障的元器件。当然，为了更好的找到故障的位置，做好上述工作，首先对于故障分布的部位进行相当的熟悉。故障的分布一般如下：简单介绍如何判断及解决问题（一）外部故障（二）系统故障（三）硬件故障（四）软件故障进一步探讨：（注意接线有无问题）（1）PLC控制系统故障的宏观诊断故障的宏观诊断就是根据经验，参照发生故障的环境和现象来确定故障的部位和原因。PLC控制系统的故障宏观诊断方法如下：1、是否为使用不当引起的故障，如属于这类故障，则根据使用情况可初步判断出故障类型、发生部位。常见的使用不当包括供电电源故障、端子接线故障、模板安装故障、现场操作故障等。

2、如果不是使用故障，则可能是偶然性故障或系统运行时间较长所引发的故障。对于这类故障可按PLC的故障分布，依次检查、判断故障。首先检查与实际过程相连的传感器、检测开关、执行机构和负载是否有故障；然后检查PLC的I/O模板是否有故障；最后检查PLC的CPU是否有故障。

3、采取上述步骤还检查不出故障部位和原因，则可能是系统设计错误，此时要重新检查系统设计，包括硬件设计和软件设计。S7-300/400内部集成的识别和记录功能。记录错误信息的区称为诊断缓冲区，这个区的大小有赖于CPU型号（例如PCU314=100个信息）。在每个循环扫描周期，CPU执行诊断功能。在s7-300中，提供有助于CPU相应错误的组织块，通过用户程序，可以编辑这些组织块，来告诉CPU当出现错误时应如何处理。如果相应的OB没有编程，CPU转到STOP状态。常用的一些错误组织块：OB80循环时间超时

OB81电源故障OB82诊断故障OB87通讯错误OB121编程错误，例当读/写DB时超限OB122直接访问模板时出现错误（2）PLC控制系统故障的微观诊断电源故障：PLC最容易发生故障的地方一般在电源系统和系统总线。电源在连续工作中，电压和电流的波动冲击是不可避免的。PLC的电源输入前端应加隔离变压器，某些场合，可同时采用加隔离变压器和低通滤波器的方法，抑制来自电网的干扰与冲击。变压器二次连接线应采用双绞线，同时加装降温措施，并定期除尘。系统总线的损坏主要出现在模块式PLC上。模块式PLC多为插件结构，经常插拔模块会造成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线损坏。在环境温度、湿度的影响下，总线印刷线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损坏的原因。所以在系统设计和处理系统故障时，要考虑到空气、尘埃、腐蚀等因素对设备的破坏。外界环境干扰也是造成PLC系统故障的重要原因，因此电源、传感器、仪表等布线应尽量与动力电缆分开敷设，特别要远离高干扰的变频器输出电缆，并将PLC规范接地。如果硬件上不能抑制干扰，也可以借助软件编程，如利用PLC软元件里的定时器、计数器、辅助继电器等。CPU故障处理：CPU故障的主要表现是CPU单元停机或者是RUN_LED灯不亮。这种现象的产生是由以下几个原因造成的：一是噪声干扰，电源异常无法正常工作。二是CPU控制程序出现错误或者是丢失。三是CPU内部总线上的电元器件产生故障或者是总线线路产生故障。四是微处理故障。针对CPU故障的处理，首先要根据PLC控制的实际情况来分析故障原因。如果是噪声干扰造成的故障，则需要重启CPU或者是重新上电。如果控制程序出现了错误，就是要及时修改或者是重新装载程序。当内部总线出现问题，处理的措施一般都是要更换故障单元或者是要重新布置线路。微处理故障是核心故障，出现这种故障就要更换CPU了。开关量的设备：开关量无外乎两种一种是输入量一种是输出量，我们如何判断问题解决问题呢？大家都知道输入量对应一般是回讯等输入设备而输出量对应一般是电磁阀或电机等输出设备输入量：首先根据图纸标明的输入点如I0.2，正常I0.2是亮的现在不亮，哪方面的问题呢？首先查看此点是否正常，先给它外加一DC24V信号如果此点亮了说明PLC上的这一点没问题，那下一步检查线路和回讯开关或接近开关是否有问题，供电电源是否正常，对射或反射开关是否对正。当这些问题解决了程序基本就可以往下运行了。输出量：当电机不转或电磁阀不动作时，首先参看图纸或有的菲子号上标明PLC地址，直接查找出如Q0.8此点是否亮，如果灯亮说明输出有，然后查找是线路问题还是继电器或电磁阀有问题。如果Q0.8不亮，则有可能是程序条件不满足或者此点有问题；我们可以人为给它满足条件，亮了说明条件不满足查找原因满足其条件，仍然不亮说明PLC上的硬件点有问题。在我们维护中可能还能遇到其他故障现象，只要大家认真查找问题会解决的。对于模拟量无论输入还是输出它的解决和我们平常维护一样，前面我们也曾提到了地址，参看图纸查找相应点，只要你知道它所对应的点了直接用万用表测量即可。下面再介绍一下曾经遇到案例：

1、一循环水场PLC系统瘫痪

它是一套由德国西门子S7-300型P