PLC的常规维护及故障排除的方法

1、常规检查与维护

2、外部故障的排除方法

1）总体检查

2）电源故障检查

3）运行故障检查

4）输入输出故障检查

5）外围环境的检查

6）故障的处理

3、内部错误的故障诊断

1）故障诊断的基本方法

2）利用CPU诊断缓冲区进行详细故障诊断

3）错误处理组织块

基本组成可归为四大部件： 中央处理单元（CPU板）——控制器的核心

                         输入部件 （I/O部件）——连接现场设备与CPU之间

                         输出部件                的接口电路

                         电源部件——为PLC内部电路提供能源

整体结构的PLC——四部分装在同一机壳内

模块式结构的PLC——各部件独立封装，称为模块，通过机架和总线连接而成

I/O的能力可按用户的需要进行扩展和组合

另外，还必须有编程器——将用户程序写进规定的存储器内

    PLC的基本组成框图：

西门子S7-212用自由通信口模式和并行打印机连接编程举例

本例描述了S7-212 CPU和外部设备(例如打印机)的连接方法。

该例中SIMATIC PLC自由通信口模式(Freeport Mode)向打印机发送信息。

程序包含以下功能:

输入I0.0为1时，打印文字“SIMATIC S7-200";

输入I0.1到I0.7为1时，打印句子“INPUT 0.XIS SET”(其中X分别为1，2，……，7)假定打印机用并行接口连接，并假定发送波特率为9600波特。

硬件要求

为能正确地应用此例，你需要

1台 Simatic S7-212或S7-214

1条 PC/PPI 电缆

1只 9孔阴性插座到25针阳性插座的转换器

1台 串行到并行的转换器。

1台 线2和线3互换的空调制解调式的适配器(如果需要)

1台 并行打印机

可能会出现一个问题:

因为SIMATIC S7-200和打印机都作为数据通信设备(DCE)，所以两台设备的数据传输方向有可能会相同，也就是说，两者的数据接收线接在了一起，或发送线也接在了一起(线2和线3)。这个问题可以通过转换器的正确设置或使用合适的线路适配器(空调制解调式的适配器)来解决。

程序框图

程序和注解

此打印程序向并行打印机发送信息。

主程序检查S7-200模式开关，如果模式开关为RUN模式，则切换到自由通信口模式。

根据输入把相应的信息传送到打印机，主程序定义了这些内存变量。

以下的任务由子程序0完成:

子程序0包括设置自由通信日模式的参数和相应于小同输入的打印输出文本。

程序结构如下：

MAIN(主程序)—初始化和输入请求

SBRO(子程序)—打印设置

PLC系统的主要抗干扰措施

(1)电源的合理处理，抑制电网引入的干扰对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路。

(2)正确选择接地点，完善接地系统良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有　　两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A，B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。

此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内又会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其他接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

安全地或电源接地：将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。如电源漏电或柜体带电，可从安全接地导入地下，不会对人造成伤害。

系统接地：PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地，叫系统接地。接地电阻值不得大于4 Ω，一般需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起，作为控制系统地。

信号与屏蔽接地：一般要求信号线必须要有惟一的参考地即“单点接地”，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室**接地，防止形成“地环路”。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接点。

(3)对变频器干扰的抑制

变频器的干扰处理一般有下面几种方式：加隔离变压器，主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前；使用滤波器，滤波器具有较强的抗于扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能；使用输出电抗器，在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，影响其他设备正常工作。

读取或传送状态字——西门子S7系列PLC

  LSTW    //将状态字中0—8位装入累加器1中，累加器9—31位被清0

  TSTW    //将累加器1中的内容传送到状态字中

注：对 S7-300系列的CPU， LSTW不对状态字中的SC、STA、OR位进行操作,仅将状态字中的1,4,5,6,7位装入累加器1的对应位。

定时器字中的剩余时间值以二进制格式保存，用L指令从定时器字中读出二进制时间值装入累加器1中，称为直接装载。也可用LC指令以DCD码格式读出时间值，装入累加器1低字中，称为BCD码格式读出时间值。以BCD码格式装入时间值可以同时获得时间值和时基，时基与时间值相乘就得到定时剩余时间。

L  T1   //将定时器T1中二进制格式的时间值直接装入累加器1的低字中

LC T1   //将定时器T1中的时间值和时基以BCD码格式装入累加器1 低字中

对当前计数值也可以直接装载和以BCD码格式读出当前计数值。

L  C1   //将计数器C1中计数值以二进制格式装入累加器1的低字中

LC C1   //将计数器C1中的计数值以BCD码格式装入累加器1低字中

对于地址寄存器，可以不经过累加器1而直接将操作数装入或传出，或将两个地址寄存器的内容直接交换。

指令格式： LAR1 

说明：将操作数的内容装入地址寄存器1(ARl)；

指令格式： LAR2

说明：将操作数的内容装入地址寄存器2(AR2)；

指令格式：TAR1

说明：将ARl的内容传送给存储区或AR2；

指令格式：TAR2

说明：将ARl的内容传送给存储区或AR2；

指令格式：CAR

说明：交换ARl和AR2的内容

例 3.4.2

   LARl  P#I0.0 //将输入位I0.0的地址指针装入ARl

   LAR2  P#0.0  //将二进制数2#00000000 00000000 00000000 00000000

                   装入AR2

LAR1  P#Start   //将符号名为Start的存储器的地址指针装入ARl

LARl  AR2       //将AR2的内容装入ARl

LARl  DBD20     //将数据双字DBD 20的内容装入ARl

TARl  AR2       //将ARl的内容传送至AR2

TAR2            //将AR2的内容传送至累加器1

TARl  MD 20     //将ARl的内容传送至存储器双字MD 20

CAR             //交换ARl和AR2的内容    

**转换开关的结构和工作原理

 **转换开关（文字符号SA）的作用：是用于不频繁接通与断开的电路，实现换接电源和负载，是一种多档式、控制多回路的主令电器。

转换开关由转轴、凸轮、触点座、定位机构、螺杠和手柄等组成。当将手柄转动到不同的档位时，转轴带着凸轮随之转动，使一些触头接通，另一些触头断开。它具有寿命长，使用可靠、结构简单等优点，适用于交流50Hz、380V，直流220V及以下的电源引入，5KW以下小容量电动机的直接启动，电动机的正、反转控制及照明控制的电路中，但每小时的转换次数不宜超过15～20次。

**转换开关的符号表示

**转换开关符号表示

    上图显示了开关的档位、触头数目及接通状态，表中用“×”表示触点接通，否则为断开，由接线表才可画出其图形符号。具体画法是：用虚线表示操作手柄的位置，用有无“.”表示触点的闭合和打开状态，比如，在触点图形符号下方的虚线位置上画“．”，则表示当操作手柄处于该位置时，该触点是处于闭合状态；若在虚线位置上未画“.”时，则表示该触点是处于打开状态。

PLC的机型选择基本原则

 机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争**的性能价格比。

1．合理的结构型式

整体式PLC的每一个I／O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，所以一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便，I／O点数量、输入点数与输出点数的比例、I／O模块的种类等方面，选择余地较大。维修时只要更换模块，判断故障的范围也很方便。因此，模块式PLC一般适用于较复杂系统和环境差（维修量大）的场合。

2．安装方式的选择

根据PLC的安装方式，系统分为集中式、远程I／O式和多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I／O硬件，系统反应快、成本低。大型系统经常采用远程I／O式，因为它们的装置分布范围很广，远程I／O可以分散安装在I／O装置附近，I／O连线比集中式的短，但需要增设驱动器和远程I／O电源。多台联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通信模块。

3．相当的功能要求

一般小型（低档）PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A／D和D／A单元。具有加减算术运算。数据传送功能的增强型低档PLC。

对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或**PLC。但是中、**PLC价格较贵，一般大型机主要用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。

4．响应速度的要求

PLC的扫描工作方式引起的延迟可达2－3个扫描周期。对于大多数应用场合来说，PLC的响应速度都可以满足要求，不是主要问题。然而对于某些个别场合，则要求考虑PLC的响应速度。为了减少PLC的I／O响应的延迟时间，可以选用扫描速度高的PLC，或选用具有高速I／O处理功能指令的PLC，或选用具有**响应模块和中断输入模块的PLC等。

5．系统可靠性的要求

对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余控制系统或热备用系统。

6．机型统一

一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑以下三个方面的问题：

（l）同一机型的PLC，其编程方法相同，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。

（2）同一机型的PLC，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。

（3）同一机型的PLC，其外围设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。

西门子S7系列PLC 定时器再启动指令FR  Enable Timer

格式：  FR <timer>

    定时器再启动指令FR用于重新装载定时时间，定时器以新装入的时间值运行。下面结合一个具体的例子来说明。

STL语句表如下：

              A   I 2.0

              FR  T1           \\再启动定时器T1

              A   I 2.1

              L   S5T#10s      \\装入定时时间到ACCU1

              SP  T1           \\启动脉冲定时器T1

              A   I 2.2

              R   T1           \\定时器T1复位

              A   T1

              =   Q4.0

时序如下：

（1）在定时器运行期间，使能输入端I 2.0有一个从“0”到“1”的变化，此时，定时器T1被再启动，定时时间恢复到预置初值从新开始计时。

I 2.0有一个从“1”到“0”的变化没有作用。

（2）虽然定时器没有运行，当使能 输入端I 2.0有一个从“0”到“1”的变化，同时定时器启动输入端I 2.1处于高电平状态，此时，定时器T1也被启动。

（3）当定时器启动输入端I 2.1 处于低电平状态，尽管使能输入端I 2.0有一个从“0”到“1”的变化，此时，定时器T1也不能启动。 

STEP7-Micro/WIN32编程软件硬件连接及软件的安装

1、硬件连接

    为了实现PLC与计算机之间的通信，西门子公司为用户提供了两种硬件连接方式：一种是通过PC/PPI 电缆直接连接，另一种是通过带有MPI电缆的通信处理器连接。

    典型的单主机与PLC直接连接如图1所示，它不需要其他的硬件设备，方法是把PC/PPI电缆的PC端连接到计算机的RS-232通信口（一般是COM1），把PC/PPI电缆的PPI端连接到PLC的RS-485通信口即可。

    2、软件的安装

    （1）系统要求 
    STEP7-Micro/WIN32软件安装包是基于Windows的应用软件，4.0版本的软件安装与运行需要Windows2000/SP3或WindowsXP操作系统。

    （2）软件安装

    STEP7-Micro/WIN32软件的安装很简单， 将光盘插入光盘驱动器系统自动进入安装向导（或在光盘目录里双击setup，则进入安装向导），按照安装向导完成软件的安装。软件程序安装路径可使用默认子目录，也可以使用“浏览”按钮弹出的对话框中任意选择或新建一个新子目录。

首次运行STEP7-Micro/WIN32软件时系统默认语言为英语，可根据需要修改编程语言。如将英语改为中文，其具体操作如下：运行STEP7-Micro/WIN32编程软件，在主界面执行菜单Tools→Options→General选项，然后在对话框中选择Chinese即可将English改为中文。    

图1    典型的单主机与PLC直接连接