摘要：随着现代自动化控制技术的发展，在建材业生产过程中，PLC控制系统越来越被广泛地应用。目前，多数TKD系列继电器控制系统已被西门子PLC控制系统所代替，假如一旦发生故障，整个自动化控制系统失效，有些工作人员对此不知所措。因此，充分掌握西门子PLC控制系统的工作原理是相当有必要的，以及了解其常见的故障，并对其进行有效地预防更是很重要的。鉴于此，本文主要针对西门子PLC控制系统的工作原理以及故障的分析入手，希望可以为同行业人员提供帮助。
关键词：西门子PLC控制系统；工作原理；常见故障
引言
随着自动化控制技术的不断完善，西门子PLC 在自动化操作中有着不可替代的地位，西门子PLC 在中国运用广泛，涉及各行各业，在生产、生活中具有重要作用。
一、西门子PLC简介
西门子PLC，即德国西门子公司生产的可编程二进制控制器，已经运用于各行各业。1975年德国西门子公司第一次将产品SIMATIC S3投放进市场，就引发了巨大的轰动，这是西门子最原始、简单的二进制控制器。1979年西门子公司推出了SIMATIC S5，S5与S3相比S5更为“聪明”，因为S5运用了微处理器。随后的几年里，又出现了以S5为基础的U系列的产品，直至1994年S7的诞生使PLC系列产品出现质的飞跃，1996年推出PCS7系统，而现在西门子公司又推出TIA全自动系统。PLC操作简单，系统编程简单，工作效率高且错误率极小。PLC可靠，因为本身的硬件设施较为简单（无太多活动、连线电子元件），所以便于维修，又自带独特的设计如断电保护、信息保护等，使PCL在生产运用中更为安全可靠。PCL操作灵活，由于硬件、编程语言等特点，PCL在实际操作中更加灵活。
二、西门子PLC在工程中的运用
每个自动化进程都是由很多较小的部分和子进程构成，所以工程树立的第一个使命是分解子使命。而每个子使命界说了自动化体系要完结的硬件和软件请求。其间硬件包含输入/输出数目和类型，对应模块序号和类型，所用机架号，CPU类型和容量，HMI体系，网络体系。软件方面首要是程序构造，自动化进程中的数据办理，组态数据、通讯数据及程序和项目文档。在SIEMENS的S7中，上述作业都在项目办理(SIMATIC 办理器)，包含有必要的硬件(+组态)，网络(+组态)，所有程序和自动化处理方案的数据办理。F1 在线协助。SIMATIC办理器办理STEP7项目，编写STEP7用户程序的东西，有梯形图LAD，语句表STL，和功能块图FBD， 编程语言。运用编程器或外部编程器可以把用户程序保留到EPROM 卡上。SIMATIC办理器是一个在线/离线编辑S7目标的图形化用户界面，这些目标包含项目、用户程序、快、硬件站和东西。此办理器的用户界面中东西条和WINDOWS 差不多，即是多了几个PLC菜单一一显现拜访节点、存储器卡、下载、仿真模块。
三、西门子PLCS7-300/400 常见毛病及处理办法
3.1西门子S5系列PLC与西门子PLCS7-300/400内部RS485接口电路剖析
作为上个世纪80时代德国西门子推出了小型可编程序控制器，S5系列PLC具有牢靠地性能与构造紧凑的模块化规划，其间多种类型依照I/0点数、功能等要素，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。
伴随运用年限的不断添加， S5系列PLC往往会呈现多种毛病，通常可分为两种:软毛病、硬件毛病。其间软毛病处理较为简略，通常可选择PG进行处理。如因为模块化构造致使PLC自身硬件毛病，应对毛病模块先进行断定，在选择替换方法，这么可有用提高修理速度。跟着科学技术水平的不断提高及经济全球化地不断深化，现在S5系列PLC正逐渐退出商场及中止出产。作为西门子自动化体系的控制核心，S7系列PLC更具有优势， 比较S5体系PLC, 其长处首要包含牢靠、便于操作、灵敏等。在剖析西门子PLCS7-300/400常见毛病前，应对其内部RS485 接口电路图进行了解。图内阻值为10欧的一般电阻由Rl、R2表明，其功能为防止RS485信号D+与D-短路时呈现电流烧损芯片的状况。胁迫电压(6V)由Z1 \Z2表明，10A齐纳二极管为最大电流，24V电源与5V电源共地没有进行阻隔。
3.2 西门子PLCS7- -300/400常见毛病类型(1)烧断R1 \ R2，Z1、Z2与SN5176 无损。
因瞬态搅扰电流较大，并向R1、R2、桥式整流、Z1、Z2流经时，10A电流为Z1、Z可以承载的最大冲击，但该电流在R1、R2上呈现的瞬态功率为102X10=1000w， 该状况“下将烧断R1 R2。(2)损坏SN5176, R1、R2、Z1、Z2无损。比较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，如人体形式也将有+15KV 到一15KV静电的呈现。(3)损坏Z1、Z2、SN5176， R1、R2无损。电压因高电压低电流瞬态搅扰将击穿Z1、 Z2，但因电流小与发作时间短等疑问，不会损坏R1、R2。
3.3西门子PLCS7-300/400常见毛病的处理办法
从上述毛病要素得知，瞬态过电压、静电为PLC接口损坏的首要原因，其间呈现瞬态过电压、静电要素许多，为有用处理以上毛病，有必要注重处理办法的选用。
(1) PLC内部处理办法。首要，阻隔24V、5V电源，选择方法为阻隔的DC;其次，选择RS485芯片做为材料，请求其具有静电维护、过热维护与输入失效维护等功能;再次，维护器材应选择较快响应速度、较大接受瞬态功率的TVS、BL浪涌吸收器，如6.8V 为P6KE6.8CA 的胁迫电压，500W为接受瞬态功率，BL器材可对大电流冲击进行有用抗击， 如超越4000A; 最终，选择正温度系数自恢复稳妥PTC为R1、R2。
(2) PLC外部处理办法。选择阻隔PC/PPT电缆，防止廉价非阻隔电缆的运用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆选择阻隔总线连接器进行PLCRS485口联网，经过RS485 阻隔器BH 485G对变频器、触摸屏等和PLC 联网的第三方设备进行阻隔，这种状况下，无电联络就会呈现在RS485节点，更不会呈现无地线环流，即使损坏一个节点后，也不会对别的节点形成危害。
三、 PLC控制系统故障分布情况
一般而言，为了能够最大限度延长PLC控制系统的使用期限，需要科学预测发生故障的地点，详细了解哪些部分最容易发生故障，以便于采取针对性的措施。多数系统95%的故障出现在外设，只有5%的故障出现在PLC本身系统中，所以在维修系统故障时需要认真观察外部设备。在PLC控制系统故障中，约有10%属于控制器内部故障，其余90%则出现在I/O模块中。
四、西门子PLC控制系统工作原理
当PLC在运行的时候，其工作可以分为三个阶段：PLC的输入采样。在此阶段PLC则会以扫描的形式对数据、输入状态进行读取，在读取采样结束后，将数据输入后两个阶段即用户程序执行和输出刷新。PLC用户程序执行。PLC在执行时候以梯形的模式自上而下的进行程序扫描，而在梯形每一级中又进行从左向右的扫描，然后进行运算得出运算结果，自动进行刷新找出对应RAM储存中的数据，再找出I/O映像中对应的状态，最后输出将要执行的指令。PLC刷新输出。何为刷新输出，即PLC真正输出。在用户执行后的阶段，PLC的CPU找出数据对应的I/O映像，再通过输出锁存电路，最后将命令传达到相应的设备中，执行其命令。
五、提升西门子PLC控制系统故障处理措施
5.1 第一层PLC控制系统外设故障
在判断第一层故障时，可根据PLC的输入、输出指示灯判断。第一层故障类型主要有以下几种：继电器、接触器的故障；阀门、闸板的故障；开关故障，包括限位开关、远控转换开关等；接线盒、接线端发生故障；传感器、仪表也要进行检测，排除故障；最后要检查的是电源、地线和信号线的干扰等。对以上这些项目进行排查，一旦发现故障原因，及时采取措施。对PLC控制系统进行外设故障处理时，要先从设备的安全回路开始排查，设备安全回路就像是人大脑的神经系统，控制着整个生产工艺，设备任何一个部分都离不开安全回路，因此要先对其进行排查，确认是否出现问题。
5.2 第二层PLC控制器故障
首先，需将PLC运行程序设置成在线监控状态，利用梯形图显示出某一线路输入/出状态。如果软触点显示出不同的颜色说明处于不同状态，比如：绿色表示通，无色表示程序不通。进一步找出输入元件，如果输入信号送至第二层控制器，需要找出输出元件，当发现处于接通状态，说明输出信号已经在控制系统的寄存器内形成。若输入输出的某一个端口坏了，则需要运用冗余端口，对程序稍作改动，就可以恢复正常运行状态。
5.3 第三层PLC故障分析
判断第三层的故障主要是根据故障现象，控制器内部电路其实就是一个单片机或单片机系统。当发现某一组8个分路出现故障时，可能是由锁存器芯片损坏造成的；当32个分路都发生故障时，很有可能是编码控制单元部分出现了问题，这时需对各个分路及各个元件进行仔细检查，排查故障出现原因，如需要，可换一个新的译码芯片。判断控制器CPU是否出现故障也是第三层PLC故障分析中不容忽视的一大环节。a）要让原始用户程序消失。需将CPU主板中锂电池取出，然后用短线接在CPU正负极上，通过短接放电，这样原有用户程序便会消失；b）接好锂电池，通过编译器将仅有的一个用户语句输入CPU，断开所有外部I/O控制与扫描等，对CPU实施冷态启动。当冷态启动失败时，需对CPU在内的所有硬件系统予以重新检测。即在PLC系统的最原始点开始，一点一点地进行探索、排查故障。当冷态启动正常时，说明主机系统正常，不存在故障，这就需通过编译器重新下载用户程序，将软件与硬件区分开，一步一步寻找故障原因。
六、西门子S7-300 PLC控制系统故障分析处理
6.1 使用S7-300系列的西门子编程软件，发生死机现象处理对策
先将PLC断电重启，如果该现象依然存在则需要将存储卡拿出来重新送电，同时将开关灯向下移动等待约10s再运行，现象依旧未消失则说明程序软件发生问题，需要将程序备份，检验其是否与PLC程序相符，再清空OB1，编译并且下载程序，判断是否发生硬件组态故障。
6.2 西门子数据块试验
先选中需要检验的数据块，在选择菜单中选择CompareB locks能够检验出其和程序是否相符。同时，在修改程序之前若不相符，系统通常会有所提示。若无被调用的数据块，编程软件会自动监视但是在右下方的监视状态中可能无进度条。
6.3 做西门子总线时做好相关工作
在做西门子总线时要先做好每个子站再做网络，在调试网络的过程中需将接地线系统连接起来，预防烧坏元器件。西门子PLC控制系统偶尔出现监视不上，可能与波特率设定失误有关，此时需要更新编程软件。
结束语
控制系统本身是一个完整的系统，所以在分析故障或处理故障时也要注意系统性，单独地对某一部分的优化有时并不能提高系统的整体性能。如过分追求元器件的精度而不考虑实际的需要以及和相关设备精度的匹配，将徒然增加系统成本。在日常维护中也有过把系统越改越复杂的现象，如采用复杂的控制方式和设备来实现本可以用简单装置来实现的控制，违背了经济、简单、实用的原则，并可能会增加故障率，这也是要注意的地方。
参考文献:
[1] 张仲锋.西门子PLC自动控制系统故障现象分析及处理.中华纸业，2015.
[2] 高会山.提升机及西门子PLC控制系统故障处理分析.能源与节能，2015.
[3] 许峰，张建龙.西门子S5系列PLC控制系统故障分析与处理.中国设备工程，2015.
论文作者:杨璐
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/18
标签：故障论文; 控制系统论文; 程序论文; 系统论文; 毛病论文; 硬件论文; 电流论文; 《电力设备》2018年第13期论文;