【摘要】 闡述了西門子S7-400 PLC(可編程控制器)在生產現場易出現的故障，表現出來的故障現象，并通過分析原因采取的有針對性的處理方法。

　　【關鍵詞】西門子 S7-400 PLC 系統(tǒng)運行 故障 診斷 處理方法

　　前言

　　西門子S7-400 PLC 在鞍鋼各生產廠使用的PLC中占有較高比例，保產單位如鐵運公司的信號控制也在使用。所以針對該品牌PLC及相關設備的維護及故障處理顯得尤為重要。筆者將根據多年相關技術的培訓經驗總結一些典型的故障現象，從保障設備運行的角度分析故障原因，以及科學快速的處理方法。

　　故障原因分類

　　根據多年現場維護設備人員的維護經驗來分析，西門子S7-400 PLC故障來源大致可以分為外圍設備導致的故障、PLC模塊內部故障、通信設備故障。下面將從以上三個方面討論本文內容。

　　外圍設備導致的故障與處理

　　3.1外圍電路元器件故障

　　此類故障在S7-400 PLC工作一定時間后的故障中經常發(fā)生。在PLC控制回路中如果出現元器件損壞故障，PLC控制系統(tǒng)就會立即自動停止工作。

　　輸入電路是PLC接受開關量、模擬量等輸入信號的端口，其元器件質量的優(yōu)劣、接線方式及是否牢靠也是影響控制系統(tǒng)可靠性的重要因素。

　　對于開關量輸出來說，PLC的輸出有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出三種形式，具體選擇哪種形式的輸出應根據負載要求來決定，選擇不當會使系統(tǒng)可靠性降低 嚴重時導致系統(tǒng)不能正常工作。

　　此外，PLC的輸出端子帶負載能力是有限的.如果超過了規(guī)定的上限值.必須外接繼電器或接觸器.才能正常工作。

　　外接繼電器、接觸器、電磁閥等執(zhí)行元件的質量，是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。常見的故障有線圈短路、機械故障造成觸點不動或接觸不良，接觸器觸點發(fā)生氧化， 變形損壞。所以控制箱的地方，保持良好的氣密性，運行環(huán)境方面的高品質是安裝控制箱的最佳選擇，同時，使用環(huán)保電器元件， 盡量減少其故障的頻率，減少更換損耗，確保系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運行。

　　3.2端子接線接觸不良

　　此類故障在PLC工作一定時間后隨著設備動作的頻率升高出現。由于控制柜配線缺陷或者使用中的震動加劇及機械壽命等原因，接線頭或元器件接線柱易產生松動而引起接觸不良。

　　這類故障的排除方法是使用萬用表，借助控制系統(tǒng)原理圖或者是PLC邏輯梯形圖進行故障診斷維修。

　　對于某些比較重要的外設接線端子的接線，為保證可靠連接，一般采用焊接冷壓片或冷壓插針的方法處理。在PLC 系統(tǒng)中子設備主要包括第二接線盒，卡箍和安裝螺母。這些設備的故障不僅與其質量有關，還與安裝過程中的問題有關，如拆卸電線和螺絲的過程。另外，重型拆卸很容易損壞附近的部件，長期腐蝕也是導致故障的主要原因。為避免此類故障， 嚴格執(zhí)行安裝和維護過程以避免潛在問題。

　　3.3 PLC受到干擾引起的功能性故障

　　自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC，是專門為工業(yè)生產環(huán)境(高溫、電磁輻射、震動、有害氣體等)而設計的控制裝置。在設計和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運行穩(wěn)定性和較高的可靠性。因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。PLC受到的干擾可分為外部干擾和內部干擾。

　　在實際的生產環(huán)境下，外部干擾是隨機的，與系統(tǒng)結構無關，且干擾源是無法消除的 只能針對具體情況加以限制。

　　內部干擾與系統(tǒng)結構有關。主要通過系統(tǒng)內交流主電路、模擬量輸入信號等引起，通過精心設計系統(tǒng)線路或系統(tǒng)軟件濾波等處理，可使內部干擾得到大限度的抑制。

　　PLC生產現場的抗干擾技術措施——通常從電源與接地保護、接線安排 屏蔽和抗噪聲等4個方面著手考慮：

　　(1)電源與接地保護

　　PLC本身的抗干擾能力一般都很強。通常將PLC的電源與系統(tǒng)的動力設備電源分開配線 對于電源線來的干擾，一般都有足夠強的抑制能力。

　　但是電源干擾特別嚴重，可加接一個帶屏蔽層的隔離變壓器以減少設備與地之間的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。如果一個系統(tǒng)中含有擴展單元，則其電源必須與基本單元共用一個開關控制，也就是說，它們的上電與斷電必須同時進行。

　　為了抑制附加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應給PLC接專用地線 接地線線徑要足夠粗.接地電阻要小于4Ω，接地點應盡可能靠近PLC，并且接地點要與其它設備分開。對供電系統(tǒng)中的強電設備，其外殼、柜體、框架、機座及操作手柄等金屬構件必須保護接地。

　　PLC內部電路包括CPU、存儲器和其他接口共接數字地.外部電路包括A/D、D/A 等共接模擬地 并用粗短的銅線將PLC底板與中央接地點星形聯(lián)結防噪聲干擾。PLC非接地工作時，應將PLC的安裝支架容性接地以抑制電磁干擾。(2)接線安排

　　電氣柜內線路走線布置

　　①只有帶屏蔽的模擬量輸入信號線才能與數字量信號線裝在同一線槽內，直流電壓數字量信號線和模擬量信號線不能與交流電壓線同在一線槽內。

　　②只有帶屏蔽的220V電源線才能與信號線裝在同一線槽內。

　　③電氣柜電纜插頭的屏蔽一定要可靠接地。

　　電氣柜外部走線安排

　　①直流和交流電壓的數字量信號線和模擬量信號線一定要各自用獨立的電纜，且要用屏蔽電纜。

　　②信號線電纜可與電源電纜共同裝在一線槽內，為改進抗噪性建議保證間隔10cm以上。

　　(3)屏蔽處理，PLC外殼的屏蔽，一般應保證與電氣柜浮空。在PLC外殼底板上加裝一塊等位屏蔽板(一般使用鍍鋅板).保護地使用銅導線與底板保持一點連接其截面積應不少于1 0mm ，以構成等位屏蔽體，有效地消除外部電磁場的干擾。

　　對模擬量信號的屏蔽總線可絕緣并將中央點連到參考電位或地(GND)上。數字量信號線的電纜兩端接地可保證較好地排除高頻干擾。

　　(4)抗噪聲的措施

　　對處于強磁場(例如變壓器)的部分要進行金屬屏蔽 電控柜內不宜采用熒光燈具照明。PLC控制系統(tǒng)電源也應采用相應的抗干擾措施。

　　PLC控制系統(tǒng)電源抗干擾的方法有采用隔離變壓器、低通濾波器及應用頻譜均衡法3種。其中隔離變壓器是常用的，因為PLC的I/O模塊電源常用DC24V，須經隔離變壓器降壓，再經整流橋整流供給，或者直接使用開關電源供給。

　　3.4 PLC周期性死機

　　PLC周期性死機的特征是PLC每運行若干時間就出現死機或者程序混亂，或者出現不同的中斷故障顯示，重新啟動后又一切正常。根據實踐經驗認為，該現象常見原因是由于PLC機體長時間的積灰造成。

　　所以應定期對PLC機架插槽接口處進行吹掃。吹掃時可先用壓縮空氣或軟毛刷將控制板上、各插槽中的灰塵吹掃凈，再用95%酒精擦凈插槽及控制板插頭。清掃完畢后細心檢查一遍，恢復開機便能正常運行。

　　PLC程序丟失通常是由于接地不良接線有誤、操作失誤和干擾等幾個方面的原因造成的：

　　(1)PLC 主機及模塊必須有良好的接地。

　　(2)主機電源線的相線與中性線必須接線正確。

　　(3)預先準備好程序包，用作備份。

　　(4)使用手持編程器查找故障時，應將鎖定開關置于垂直位置，拔出就可起到保護內存的功能。

　　(5)由于干擾的原因造成PLC程序丟失.其處理方法可參照PLC受干擾引起故障的處理。

　　科技論文投稿刊物：《科技經濟導刊》雜志社創(chuàng)刊于1993年，是自然科學類綜合性學術期刊。經國家新聞出版廣電總局2015年4月批準，由原來的《科技致富向導》雜志于2015年7月份正式更名為《科技經濟導刊》(刊號為CN37-1508/N)。 雜志國際標準連續(xù)出版物號ISSN 2096-1995，國內統(tǒng)一連續(xù)出版物號CN37-1508/N;旬刊，216頁(2015年10月以前為296頁);主管、主辦單位為中國科協(xié)科普部、山東省科協(xié)，面向國內外正式出版發(fā)行。

　　總之，在S7-400 PLC 系統(tǒng)運行期間，如果發(fā)生故障，將直接影響設備的整體性能。隨著誤差的擴大，設備的運行被嚴重中斷，甚至會發(fā)生生產事故。西門子 300/400 PLC 系統(tǒng)錯誤，其內部和外部以及報警性能是確定內部錯誤，并從顯示在同一時間的OB 是處理方式或工作模式轉換到報警信號。當現場設備出現， 應采用多種方法診斷分析，只有多渠道、多方面的統(tǒng)籌考慮才能高效找出故障原因和解決方法。

　　參考文獻：

　　[1] 李子謙 . 淺談西門子 400PLC 運行故障診斷 [J]. 科技風， 2014(13):190.

　　作者：郭欣