摘要：随着我国科学技术水平的不断提高，诸多生产领域对西门子PLC控制系统得到了应用，大大提高了控制的质量，其小体积以及速度快等优势使得控制系统的整体性能得到了提高，大大优化了生产效率。通过从理论层面对西门子PLC 控制系统的研究分析，对系统故障的解决就有着积极的意义。基于此，本文首先对西门子PLC的应用领域和应用特点进行了概述，详细探讨了西门子PLC控制系统工作原理及常见故障应用，旨在确保西门子PLC控制系统的正常运行。
关键词：西门子；PLC控制系统；工作原理；常见故障；应用分析
PLC是Programmable Logic Control-ler的英文缩写，中文为可编程控制器。PLC实质是专用于进行工业控制的计算机，在微型计算机技术支撑下的工业装置功能拓展了其逻辑控制范围，因此得以在工业自动化控制中广泛应用。随着PLC技术的日渐成熟和研制PLC系列产品的国家越来越多，PLc产品逐渐在性能上实现了高传输质量、快速率和稳定宽带，且相比传统组网技术而显现出了低成本优势，成为了当前工业自动化控制领域的最为重要应用控制系统之一。PLC系列产品研制开发的国家主要集中在德国和日本，其中尤以德国西门子公司研制开发的PLC S7系列产品因其在中高端性能领域的显著优势而在高端装备制造业领域得到广泛应用。
1 西门子PLC的应用领域和应用特点
西门子的PLC性价比最高，因此在我国的各领域的多个方面都有其应用。目前，在国内外的钢铁、电力、石油和化工、汽车制造、烟草、机械加工、环保、交通运输和建材、文化娱乐和电子产品制造等很多方面都有PLC的应用。
西门子PLC生产时采用先进的生产工艺以及超大规模的集成电路，这样就使其产品与其他老的电路逻辑产品相比具有更简单的编程方法，不仅简单易学而且功能强大、性价比高，再加上其产品易维护、维护工作量小、可靠性强、能耗低以及抗干扰能力大幅提升、系统的设计安装调试简便等特点，就是的使用者在操作时既易懂又省力。
2 西门子PLC的概况及工作原理
在我国冶金、化工、印刷生产线等领域德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器得到了广泛地应用。LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等为西门子（SIEMENS）公司PLC产品的主要类型。其中西门子S7系列PLC具有小体积、速度快、标准化等特点，与其他类型相比，S7系列PLC网络通信能力与功能较为强大，并具备较高可靠性。S7-200（微型PLC）、S7-300（小规模性能要求的PLC）和S7-400（中、高性能要求的PLC）等为S7系列PLC产品的重要组成部分。伴随现代化生产发展需求，可编程控制器应运而生。通常情况下，可编程序控制器可从三个角度进行分类，分别为控制规模、控制性能与结构。在投入使用PLC后，其工程流程主要包含采样输入、用户程序执行与输出刷新。以上流程完成后可称为一个扫描周期。在整个运行过程中，以一定的扫描速度PLC内CPU可重复执行以上流程。其工作流程具体如下：
2.1 采样输入
在采样输入环节，以扫描方式PLC按照顺序将全部输入状态、数据读入，并在I/O映象区的一定单元中存储。完成采样输入工作后，即可进行用户程序执行和输出刷新工作。在以下2个环节，如输入状态和数据出现改变，则不会影响I/O映象区内一定单元的状态和数据。
2.2 用户程序执行
PLC在用户程序执行环节，可遵循从上到下的顺序对用户程序（梯形图）依次进行扫描。在每条梯形图扫描中，应对梯形图左边控制线路（由各触点组成）先进行扫描，随后根据左―右、上―下的顺序逻辑运算触点组成的控制线路，并遵循预算结果，在系统RAM存储区刷新该逻辑线圈的对应位状态，也可以在I/O映象区刷新该输出线圈的对应位状态，或确定该梯形图所规定的特殊功能指令是否执行。
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3 西门子PLC S7―200常见故障及解决措施
3.1 西门子S5系列PLC与西门子PLC S7―200内部RS485接口电路分析
作为上个世纪80年代德国西门子推出了小型可编程序控制器，S5系列PLC具有可靠地性能与结构紧凑的模块化设计，其中多种型号按照I/O点数、功能等因素，可进行通用型（U型）、字处理型（W型）、开关型（R型）等多种类型地划分。
伴随使用年限的不断增加，S5系列PLC往往会出现多种故障，通常可分为两种：软故障、硬件故障。其中软故障处理较为简单，一般可选取PG进行处理。如由于模块化结构导致PLC自身硬件故障，应对故障模块先进行确定，在选取更换方式，这样可有效提升维修速度。随着科学技术水平的不断提升及经济全球化地不断深化，目前S5系列PLC正逐步退出市场及停止生产。作为西门子自动化系统的控制核心，S7系列PLC更具有优势，相比S5系统PLC，其优点主要包括可靠、便于操作、灵活等。在分析西门子PLC S7―200常见故障前，应对其内部RS485接口电路图进行了解。本图内阻值为10欧的普通电阻由R1＼R2表示，其功能为避免RS485信号D+与D-短路时出现电流烧损芯片的情况。钳制电压（6V）由Z1＼Z2表示，10A齐纳二极管为最大电流，24V电源与5V电源共地没有进行隔离。
3.2 西门子PLC S7―200常见故障类型
（1）烧断R1＼R2，Z1、Z2与SN5176无损。因瞬态干扰电流较大，并向R1、R2、桥式整流、Z1、Z2流经时，10A电流为Z1、Z能够承载的最大冲击，但该电流在R1、R2上出现的瞬态功率为102X10=1000W，该情况下将烧断R1＼R2。（2）损坏SN5176， R1、R2、Z1、Z2无损。相比Z1、Z2动作速度，静电冲击、瞬态过电压速度较高时，静电到处存在，如人体模式也将有+15KV到―15KV静电的出现。（3）损坏Z1、Z2、SN5176，R1、R2无损。电压因高电压低电流瞬态干扰将击穿Z1、Z2，但因电流小与发生时间短等问题，不会损坏R1、R2。
3.3 西门子PLC S7―200常见故障的解决措施
从上述故障因素得知，瞬态过电压、静电为PLC接口损坏的主要原因，其中出现瞬态过电压、静电因素诸多，为有效解决以上故障，必须重视解决措施的选用。
（1）PLC内部解决措施。首先，隔离24V、5V电源，选取方式为隔离的DC；其次，选取RS485芯片做为材料，要求其具有静电保护、过热保护与输入失效保护等功能；再次，保护器件应选取较快响应速度、较大承受瞬态功率的TVS、BL浪涌吸收器，如6.8V为P6KE6.8CA的钳制电压，500W为承受瞬态功率，BL器件可对大电流冲击进行有效抗击，如超过4000A；最后，选取正温度系数自恢复保险PTC为R1、R2。
（2）PLC外部解决措施。选取隔离PC/PPT电缆，避免便宜非隔离电缆的使用。选取隔离总线连接器进行PLC RS485口联网，通过RS485隔离器BH―485G对变频器、触摸屏等和PLC联网的第三方设备进行隔离，这种情况下，无电联系就会出现在RS485节点，更不会出现无地线环流，即便损坏一个节点后，也不会对其他节点造成损害。
4 结束语
综上所述，西门子PLC S7―200作为西门子PLC控制系统的重要组成部分，随着使用年限的不断增加，西门子PLC S7―200产生了诸多故障，为此相关工作人员必须在充分了解西门子PLC工作原理的基础上，对其常见故障进行分析，并找出相应的解决措施，为西门子PLC控制系统的正常运作提供强有力地保障。
参考文献：
[1]王林.西门子PLC 控制网络的配置策略和运用[J].仪器仪表用户，2017（10）.
[2]沈维伟.西门子PLC 控制系统下的网络选择策略与实践[J].信息化建设，2016（06）.
论文作者:秦天
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
标签：控制系统论文; 电流论文; 过电压论文; 常见故障论文; 程序论文; 系列论文; 故障论文; 《电力设备》2018年第31期论文;