西门子S7-400PLC控制系统常见故障现象、原因、及处理方法

　　【摘要】 阐述了西门子S7-400 PLC(可编程控制器)在生产现场易出现的故障，表现出来的故障现象，并通过分析原因采取的有针对性的处理方法。

　　【关键词】西门子 S7-400 PLC 系统运行 故障 诊断 处理方法

　　前言

　　西门子S7-400 PLC 在鞍钢各生产厂使用的PLC中占有较高比例，保产单位如铁运公司的信号控制也在使用。所以针对该品牌PLC及相关设备的维护及故障处理显得尤为重要。笔者将根据多年相关技术的培训经验总结一些典型的故障现象，从保障设备运行的角度分析故障原因，以及科学快速的处理方法。

　　故障原因分类

　　根据多年现场维护设备人员的维护经验来分析，西门子S7-400 PLC故障来源大致可以分为外围设备导致的故障、PLC模块内部故障、通信设备故障。下面将从以上三个方面讨论本文内容。

　　外围设备导致的故障与处理

　　3.1外围电路元器件故障

　　此类故障在S7-400 PLC工作一定时间后的故障中经常发生。在PLC控制回路中如果出现元器件损坏故障，PLC控制系统就会立即自动停止工作。

　　输入电路是PLC接受开关量、模拟量等输入信号的端口，其元器件质量的优劣、接线方式及是否牢靠也是影响控制系统可靠性的重要因素。

　　对于开关量输出来说，PLC的输出有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出三种形式，具体选择哪种形式的输出应根据负载要求来决定，选择不当会使系统可靠性降低 严重时导致系统不能正常工作。

　　此外，PLC的输出端子带负载能力是有限的.如果超过了规定的上限值.必须外接继电器或接触器.才能正常工作。

　　外接继电器、接触器、电磁阀等执行元件的质量，是影响系统可靠性的重要因素。常见的故障有线圈短路、机械故障造成触点不动或接触不良，接触器触点发生氧化， 变形损坏。所以控制箱的地方，保持良好的气密性，运行环境方面的高品质是安装控制箱的最佳选择，同时，使用环保电器元件， 尽量减少其故障的频率，减少更换损耗，确保系统的持续稳定运行。

　　3.2端子接线接触不良

　　此类故障在PLC工作一定时间后随着设备动作的频率升高出现。由于控制柜配线缺陷或者使用中的震动加剧及机械寿命等原因，接线头或元器件接线柱易产生松动而引起接触不良。

　　这类故障的排除方法是使用万用表，借助控制系统原理图或者是PLC逻辑梯形图进行故障诊断维修。

　　对于某些比较重要的外设接线端子的接线，为保证可靠连接，一般采用焊接冷压片或冷压插针的方法处理。在PLC 系统中子设备主要包括第二接线盒，卡箍和安装螺母。这些设备的故障不仅与其质量有关，还与安装过程中的问题有关，如拆卸电线和螺丝的过程。另外，重型拆卸很容易损坏附近的部件，长期腐蚀也是导致故障的主要原因。为避免此类故障， 严格执行安装和维护过程以避免潜在问题。

　　3.3 PLC受到干扰引起的功能性故障

　　自动化系统中所使用的各种类型PLC，是专门为工业生产环境(高温、电磁辐射、震动、有害气体等)而设计的控制装置。在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，故具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行稳定性和较高的可靠性。因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。PLC受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。

　　在实际的生产环境下，外部干扰是随机的，与系统结构无关，且干扰源是无法消除的 只能针对具体情况加以限制。

　　内部干扰与系统结构有关。主要通过系统内交流主电路、模拟量输入信号等引起，通过精心设计系统线路或系统软件滤波等处理，可使内部干扰得到大限度的抑制。

　　PLC生产现场的抗干扰技术措施——通常从电源与接地保护、接线安排 屏蔽和抗噪声等4个方面着手考虑：

　　(1)电源与接地保护

　　PLC本身的抗干扰能力一般都很强。通常将PLC的电源与系统的动力设备电源分开配线 对于电源线来的干扰，一般都有足够强的抑制能力。

　　但是电源干扰特别严重，可加接一个带屏蔽层的隔离变压器以减少设备与地之间的干扰，提高系统的可靠性。如果一个系统中含有扩展单元，则其电源必须与基本单元共用一个开关控制，也就是说，它们的上电与断电必须同时进行。

　　为了抑制附加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC接专用地线 接地线线径要足够粗.接地电阻要小于4Ω，接地点应尽可能靠近PLC，并且接地点要与其它设备分开。对供电系统中的强电设备，其外壳、柜体、框架、机座及操作手柄等金属构件必须保护接地。

　　PLC内部电路包括CPU、存储器和其他接口共接数字地.外部电路包括A/D、D/A 等共接模拟地 并用粗短的铜线将PLC底板与中央接地点星形联结防噪声干扰。PLC非接地工作时，应将PLC的安装支架容性接地以抑制电磁干扰。(2)接线安排

　　电气柜内线路走线布置

　　①只有带屏蔽的模拟量输入信号线才能与数字量信号线装在同一线槽内，直流电压数字量信号线和模拟量信号线不能与交流电压线同在一线槽内。

　　②只有带屏蔽的220V电源线才能与信号线装在同一线槽内。

　　③电气柜电缆插头的屏蔽一定要可靠接地。

　　电气柜外部走线安排

　　①直流和交流电压的数字量信号线和模拟量信号线一定要各自用独立的电缆，且要用屏蔽电缆。

　　②信号线电缆可与电源电缆共同装在一线槽内，为改进抗噪性建议保证间隔10cm以上。

　　(3)屏蔽处理，PLC外壳的屏蔽，一般应保证与电气柜浮空。在PLC外壳底板上加装一块等位屏蔽板(一般使用镀锌板).保护地使用铜导线与底板保持一点连接其截面积应不少于1 0mm ，以构成等位屏蔽体，有效地消除外部电磁场的干扰。

　　对模拟量信号的屏蔽总线可绝缘并将中央点连到参考电位或地(GND)上。数字量信号线的电缆两端接地可保证较好地排除高频干扰。

　　(4)抗噪声的措施

　　对处于强磁场(例如变压器)的部分要进行金属屏蔽 电控柜内不宜采用荧光灯具照明。PLC控制系统电源也应采用相应的抗干扰措施。

　　PLC控制系统电源抗干扰的方法有采用隔离变压器、低通滤波器及应用频谱均衡法3种。其中隔离变压器是常用的，因为PLC的I/O模块电源常用DC24V，须经隔离变压器降压，再经整流桥整流供给，或者直接使用开关电源供给。

　　3.4 PLC周期性死机

　　PLC周期性死机的特征是PLC每运行若干时间就出现死机或者程序混乱，或者出现不同的中断故障显示，重新启动后又一切正常。根据实践经验认为，该现象常见原因是由于PLC机体长时间的积灰造成。

　　所以应定期对PLC机架插槽接口处进行吹扫。吹扫时可先用压缩空气或软毛刷将控制板上、各插槽中的灰尘吹扫净，再用95%酒精擦净插槽及控制板插头。清扫完毕后细心检查一遍，恢复开机便能正常运行。

　　PLC程序丢失通常是由于接地不良接线有误、操作失误和干扰等几个方面的原因造成的：

　　(1)PLC 主机及模块必须有良好的接地。

　　(2)主机电源线的相线与中性线必须接线正确。

　　(3)预先准备好程序包，用作备份。

　　(4)使用手持编程器查找故障时，应将锁定开关置于垂直位置，拔出就可起到保护内存的功能。

　　(5)由于干扰的原因造成PLC程序丢失.其处理方法可参照PLC受干扰引起故障的处理。

　　科技论文投稿刊物：《科技经济导刊》杂志社创刊于1993年，是自然科学类综合性学术期刊。经国家新闻出版广电总局2015年4月批准，由原来的《科技致富向导》杂志于2015年7月份正式更名为《科技经济导刊》(刊号为CN37-1508/N)。 杂志国际标准连续出版物号ISSN 2096-1995，国内统一连续出版物号CN37-1508/N;旬刊，216页(2015年10月以前为296页);主管、主办单位为中国科协科普部、山东省科协，面向国内外正式出版发行。

　　总之，在S7-400 PLC 系统运行期间，如果发生故障，将直接影响设备的整体性能。随着误差的扩大，设备的运行被严重中断，甚至会发生生产事故。西门子 300/400 PLC 系统错误，其内部和外部以及报警性能是确定内部错误，并从显示在同一时间的OB 是处理方式或工作模式转换到报警信号。当现场设备出现， 应采用多种方法诊断分析，只有多渠道、多方面的统筹考虑才能高效找出故障原因和解决方法。

　　参考文献：

　　[1] 李子谦 . 浅谈西门子 400PLC 运行故障诊断 [J]. 科技风， 2014(13):190.

　　作者：郭欣