西门子模块6ES7214-2AS23-0XB8售后

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为了延长PLC控制系统的寿命，在系统设计和生产使用中要对该系统的设备消耗、元器件设备故障发生点有较明白的估计，也就是说，要知道整个系统哪些部件容易出故障，以便采取措施。现以我厂特种水泥1号线的PLC过程控制系统为例，对PLC过程控制系统故障分布规律进行分析，希望能对PLC过程控制系统的系统设计和U常维护有所帮助。
    1.系统故障的概念
    系统故障一般指整个生产控制系统失效的总和，它又可分为PLC故障和现场生产控制设备故障两部分。PLC系统包括处理器、主机箱、扩展机箱、I／O模块及相关的网络和外部设备。现场生产控制设备包括I／O端口和现场控制检测设备，如继电器、接触器、阀门、电动机等。
    2.系统的故障统计及分析处理
    （1）我厂特种水泥1号线过程控制系统简介
    2000年该系统改造时采用日本二菱公司的A2系列PIC为组成的PLC过程控制系统。
    该系统有2个集中控制室：窑尾控制室和窑头控制室，其中窑头控制室为主站；2个现场工作站：窑尾生料自动配料工作站和窑尾成球盘自动加水成球工作站；2个电视监控系统：预热器进口下料监控和窑头电视看火。现场工作站是立的微机自动控制系统，它与主站只进行模拟量的通讯和开关量的联锁。主站与从站间采用帧同步全双工通讯方式：
    （2）系统
    故障数据的统计
    经统计，系统故障共计126次，其中PLC的故障比例约为4．7％，现场部分故障比例约为95．3％，：对照其他PLC过程控制系统的故障数据，并考虑该系统运行时间不是很长，该比例比较接近一般PLC过程控制系统的故障分布规律，有一定的普遍性。一般来讲PIC部分的故障比例约为5％，现场控制设备的故障比例约为95％。
    （3）系统故障分析及处理
    PLC主机系统
    PLC主机系统容易发生故障的地方一般在电源系统和通讯网络系统，电源在连续工作、散热中，电压和电流的波动冲击是不可避免的。通讯及网络受外部干扰的可能性大，外部环境是造成通讯外部设备故障的大因素之一。系统总线的损坏主要由于现在PLC多为插件结构，长期使用插拔模块会造成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线损坏，在空气温度变化、湿度变化的影响下，总线的塑料老化、印刷线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗的原因。所以在系统设计和处理系统故障的时候要考虑到空气、尘埃、紫外线等因素对设备的破坏。目前PLC的主存储器大多采用可擦写ROM，其使用寿命除了主要与制作工艺相关外，还和底板的供电、CPU模块工艺水平有关。而PLC的处理器目前都采用的处理芯片，故障率已经大大下降。对于PLC主机系统的故障的预防及处理主要是提高集中控制室的管理水平，加装降温措施，定期除尘，使PLC的外部环境符合其安装运行要求；同时在系统维修时，严格按照操作规程进行操作，谨防人为的对主机系统造成损害。
    PLC的I／O端口
    PLC大的薄弱环节在I／O端口。PLC的技术优势在于其I／O端口，在主机系统的技术水平相差无几的情况下，I／O模块是体现PLC性能的关键部件，因此它也是PLC损坏中的环节。要减少I／O模块的故障就要减少外部各种干扰对其影响，要按照其使用的要求进行使用，不可随意减少其外部保护设备，其次分析主要的干扰因素，对主要干扰源要进行隔离或处理。 
    现场控制设备
    在整个过程控制系统中容易发生故障地点在现场，表2列出了现场中容易出故障的几个方面。
    1) 类故障点(也是故障多的地点)在继电器、接触器。如该生产线PLC控制系统的日常维护中，电气备件消耗量大的为各类继电器或空气开关。主要原因除产品本身外，就是现场环境比较恶劣，接触器触点易打火或氧化，然后发热变形直至不能使用。在该生产线上所有现场的控制箱都是选用密闭性较好的盘柜，其内部元器件较其他采用敞开式盘柜内元器件的使用寿命明显要长。所以减少此类故障应尽量选用继电器，改善元器件使用环境，减少换的频率，以减少其对系统运行的影响。
    2) 二类故障多发点在阀门或闸板这一类的设备上，因为这类设备的关键执行部位，相对的位移一般较大，或者要经过电气转换等几个步骤才能完成阀门或闸板的位置转换，或者利用电动执行机构推拉阀门或闸板的位置转换，机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。长期使用缺乏维护，机械、电气失灵是故障产生的主要原因，因此在系统运行时要加强对此类设备的巡检，发现问题及时处理。我厂对此类设备建立了严格的点检制度，经常检查阀门是否变形，执行机构是否灵活可用，控制器是否有效等，很好地保证了整个控制系统的有效性。
    3) 三类故障点可能发生在开关、限位置、保护和现场操作上的一些元件或设备上，其原因可能是因为长期磨损，也可能是长期不用而锈蚀老化。如该生产线窑尾料球储库上的布料行走车来回移动频繁，而且现场粉尘较大，所以接近开关触点出现变形、氧化、粉尘堵塞等从而导致触点接触不好或机构动作不灵
敏。对于这类设备故障的处理主要体现在定期维护，使设备时刻处于完好状态。对于限位开关尤其是重型设备上的限位开关除了定期检修外，还要在设计的过程中加入多重的保护措施。
    4) 四类故障点可能发生在PLC系统中的子设备，如接线盒、线端子、螺栓螺母等处。这类故障产生的原因除了设备本身的制作工艺原因外还和安装工艺有关，如有人认为电线和螺钉连接是压的越紧越好，但在二次维修时很容易导致拆卸困难，大力拆卸时容易造成连接件及其附近部件的损害。长期的打火、锈蚀等也是造成故障的原因。根据工程经验，这类故障一般是很难发现和维修的。所以在设备的安装和维修中一定要按照安装要求的安装工艺进行，不留设备隐患。
    5) 五类故障点是传感器和仪表，这类故障在控制系统中一般反映在信号的不正常。这类设备安装时信号线的屏蔽层应单端接地，并尽量与动力电缆分开敷设，特别是高干扰的变频器输出电缆，而且要在PIC内部进行软件滤波。这类故障的发现及处理也和日常点巡检有关，发现问题应及时处理。
    6) 六类故障主要是电源、地线和信号线的噪声(干扰)，问题的解决或改善主要在于工程设计时的经验和日常维护中的观察分析。
    要减小故障率，很重要的一点是要重视工厂工艺和操作规程，在日常的工作中要遵守工艺和操作规程，严格执行—些相关的规定，如保持集中控制室的环境等等，同时在生产中也要加强这些方面的霄理。

1.负载电压、电流类型不同

负载类型：晶体管只能带直流负载，而继电器带交、直流负载均可。

电流：晶体管电流0.2A-0.3A，继电器2A。

电压：晶体管可接直流24V（一般大在直流30V左右，继电器可以接直流24V或交流220V。

2.负载能力不同

晶体管带负载的能力小于继电器带负载的能力，用晶体管时，有时候要加其他东西来带动大负载（如继电器，固态继电器等）。

3.晶体管过载能力小于继电器过载的能力

一般来说，存在冲击电流较大的情况时（例如灯泡、感性负载等），晶体管过载能力较小，需要降额多。

4.晶体管响应速度快于继电器

继电器输出型原理是CPU驱动继电器线圈，令触点吸合，使外部电源通过闭合的触点驱动外部负载，其开路漏电流为零，响应时间慢（约10ms）。

晶体管输出型原理是CPU通过光耦合使晶体管通断，以控制外部直流负载，响应时间快（约0.2ms甚至小）。晶体管输出一般用于高速输出，如伺服／步进等，用于动作频的输出。

5.在额定工作情况下，继电器有动作次数寿命，晶体管只有老化没有使用次数限制

继电器是机械元件所以有动作寿命，晶体管是电子元件，只有老化，没有使用次数限制。继电器的每分钟开关次数也是有限制的，而晶体管则没有。

某工厂一套液压加工设备，忽然发生了故障，一只电磁阀不能得电工作，致使液压系统不能正常工作。接到用户要求现场维修的通知，在维修门头干实习生的，一名机电技校生和一名自动化的本科生出发了。

液压站共由8只电磁阀控制，8只电磁阀的供电是直流24V，8只电磁阀由PLC据工艺流程实施自动控制。两名实习生围着液压系统和PLC电控柜来回转了几圈，测了一下电磁阀（标号为8YV）线圈有正常的电阻阻，大概几十Ω，判断电磁阀是好的，请操作工人操作了一回电控柜，其它七只电磁阀都能正常动作。但8YV线圈两端总是得不到电压，不能吸合。两名实习学生大致检查了一下线路，由PLC的输出触点驱动中间继电器KA8，由KA8再控制电磁阀的动作。

线路也其本上看明白了，但故障是PLC的问题，还是中间继电器的问题，还是线路的问题，如何下手查，或者说，在停机状态，如何检查PLC外围电路的故障，两名学生感到很茫然，不知如何下手，想在设备操作过程中测量，又因不明白设备控制流程，怕搞坏了设备，不敢操作。，是PLC还是PLC外围线路的问题，他们拿不准，在停机状态，不知道如何查法。捣腾了一两个小时，没查出来，感到自己的自信心受到了一个不算是很小的打击。

工厂老板有些急了，再修不好，用户订单完不成了。赶紧打电话叫来了两名老电工，要求短时间修复设备。老电工张师傅上来先把两名学生训了一通：电磁阀不动作，就两根线，顺着找就是了，怎么就修不了？！问两个学生，你们学过PLC吗，学过控制电路吗？两个人都回答，PLC也学过，控制线路也学过。两人感到当时学的都还不错，其中一名学习还是全班成绩名的，尖子生啊。学生说，当时学的也挺明白的，从控制原理到线路，都还可以呀。怎么一下子就用不上了，一下子觉出所学的无用了呢？正是：学习中觉着高能，实干中很是低能；学习成绩还不错，接触实际便不中了。

张师傅说，我修修你们看着，到底有多难？张师傅找了一根导线，将24V电压直接引入到8YV的两根控制引线上，看到8YV电磁阀仍不动作，确实引线确实已断。张师傅说，换线，将电磁阀的两根引线换掉，就修好了。简单得很！

从电控柜出来的控制线，经过几十米的下埋铁管，引入到车间液压站。张师傅说，我知道，控制线有接头，一定是接触不良了。要快速修复，重布二根8YV电磁阀的控制引线，十分钟解决问题！一学生问：还用测量一下吗？张师傅讲，用不着测量，我刚才不是试过了吗。另从电控柜的控制端子上，扯了两根导线，直接连接到8YA上。开机试验，正如张师傅所说，十分钟内，故障排除了。

这当儿，两名学生的学习兴趣提起来了，又问老电工李师傅：这个故障，让您修，您会怎么办呢？李师傅性格比较温柔，慢慢讲解到：张师傅这是经验修理法，检查方法也比较到位和直接，他对这台设备线路熟，往往能三下五除二地解决问题。你们一时半会也还到不了这个程度。我则依靠万用表测量，和经过几个检查方法和步骤，找出故障所在，进而解决问题，我这个法子较慢，但比较通用，放在哪儿都能用。其实我的法子，倒是比较科班和比较经典的。

您用什么法子呢？两名学生有点急不可耐了。

李师傅说：根据这种故障情况，我应该先将电控柜的控制电源停掉，从控制端子测一下8YA两线端子的电阻，为几十Ω，说明引线和电磁阀线圈基本正常。其实这一测量也就查出了8YA的控制引线断路了，换引线就能将故障修复。

学生问：如果引线和线圈都是好的，8YV仍不动作呢？

李师傅说：下来应该检查PLC输出端的外围控制线路了。

李师傅说：找到PLC的两个输出控制端子YO、COM0，其实两个端子内部就是一个继电器常开触点，说白了，PLC控制端子就是一个小开关，开关闭合时，中继KA8得电，接通8YV线圈电源，电磁阀动作，对不对？

我们可以先将YO、COM0两个端子短接一下，观察一下KA8是否动作，如果KA8正常动作，但8YV并不动作，再短接一下KA8的常开控制触点，8YA正常动作了，则说明KA8坏掉，常开触点接触不良；若短接YO、COM0两个端子，电磁阀8YV正常动作，说明PLC输出外围电路是好的；若短接YO、COM0端子，KA8不动作，检查24V控制电源和引线。

当然，在电控柜这边，可以短接YO、COM0端子的同时，测量一下8YV接线端子，有无24V电压，来判断PLC外围控制线路是否正常。

这样，通过短接两个开关点，即使PLC外围控制线路的故障暴露无遗了。不必要非得在操作设备过程中才能检查故障啊。你得想办法让线路改变常态，动起来，使故障暴露出来。

如果PLC外围控制线路无问题，而8YV还不动作呢？两名学生追问道。

李师傅照旧不紧不慢地解说道：这可能是PLC和PLC输入信号的问题了。

那如何检查呢？学生又问。

李师傅说：得让操作工师傅操作一下看看了。

在操作过程中，注意看一下，若YO端子指示灯能点亮，但KA8不吸合，说明PLC内部继电器触点接触不良，应修复或换PLC，如上图电路，当Y0端子输出指示灯亮时，你可以测一下，YO、COM0两端子之间电压为OV，说明内部开关接通；灯熄时，电压为24V，说明内部开关断开。若Y0端子输出指示灯亮，但电压仍为24V，必定是PLC内部继电器触点损坏。

在操作过程中，Y0端子输出指示灯一直不亮。在PLC程序正常运行的情况下（如本例中其它控制都正常），可能为PLC输入端子哪路信号未能正常输入，或者是状态不对，不能满足YO输出的条件。这时候能用笔记本电脑调出PLC内部程序，监控程序运行，找出满足Y0输出和各个条件，进而查找出是哪路输入信号异常，如外接限位开关常闭点接触不良啦等等，故障就能排除了。

XO、T1、X3、X4、T5都可以称其为YO的条件触点，先不管T5，对YO的控制，只有当XO（输入条件）、T1（延时时间到后）触点接通，X3、X4触点维持静态时，YO才具备得电条件。这四个触点要找出哪个条件不具备，找到故障原因，进而修复。如检查X0、X3、X4触点状态都对，看PLC输入端子状态指示灯，X0点亮，而X3、X4熄灭，则四个条件中三个条件都已满足，只剩下T1条件未能满足了。进一步在程序查找对T1线圈的控制程序段，再检查满足T1得电的条件，一步步深入，找到故障原因。

PLC的外部输入信号，如限位开关，可能安装于我们不易于接触到的地方，其闭合与断开，不易进行操作试验。这时候也可以采取短接YO、COM0端子的法子，人为短接PLC输入端子，形成输入信号，满足YO得电条件，找出故障所在。如将X0与COM端子短接一下，看输入指示灯是否点亮，输出是否有所动作。若输入端子状态指示灯不亮，查输入端子24V电源正常，则为PLC内部输入电路坏掉了。

检修过程中，不要忘了与操作工、电工师傅进行及时沟通和交流，他们熟悉操作流程，你找了半天，也许不及他们一句话的提醒，就能道出故障所在。如他们提到Y1输出延时10秒后，YO才可以动作，使你一下子明白只有Y1动作后，YO才能动作，结果在Y1的控制回路中找到了问题。这样能大大提高检修效率。

李师傅讲到这里，两名学生心悦诚服，感到干这行又不是很难了，心里又充满了自信。他们从这个检修实例中，从两名老电工身上，学到了学校里学不到的东西。觉得收获还是蛮大的。感觉带实习课的老师，要是能像李师傅这样教法，那他们就太幸运了。

1 引言

近几年来，可编程序控制器(以下简称plc)因其性高、编程简单、抗干扰能力强等优点，在工业控制领域得到了广泛应用。但plc在人机交互性能方面较弱，然而工控组态软件(如组态王)具有良好的人机界面及控制决策能力。因此，将二者结合起来可有效实现整个生产过程的综合监控。东方日立(成都)电控设备有限公司生产的高压大功率变频器地将二者结合起来，实现变频器在昆钢自备发电厂高炉煤气发电机组送、引风机系统上的应用及节能计算。

该系统采用上、下位机主从式结构，plc作为下位机通过modbus通信方式，完成工业现场数据的实时采集;上位机采用工业控制计算机，与plc之间通过工业以态网通讯方式，实现高压变频器在运行过程中的实时数据显示、故障报警等各项功能。同时，组态王又作为数据服务器，通过dde方式为节能软件提供实时数据，以助节能软件完成数据计算、动态曲线显示。

2 系统硬件配置

送、引风机高压变频装置通讯系统的硬件配置，主要包括mdm3000电力综合测试仪、集线器及实现远程监控的工业计算机。单元控制柜内所用的plc，选用西门子s7-200系列cpu226;通讯单元为西门子工业以太网模块cp243-1。数据采集器选用深圳亚特尔公司的mdm3000产品，实现变频器输入电压、输入电流等数据采集。工业计算机选用研华工控机ipc-610h，主要配置：cpu2.8g/256m(内存);80g硬盘;集成显卡;另置网卡;50倍光驱;1.44m(软驱)和kb104+mouse。

3 系统软件基本原理及组态

系统软件包括：

(1)工控软件：组态王kingview5.1;

(2)用于s7-200编程软件的step7-microwin4.0;

(3)用于实现节能计算的的软件。

送、引风机高压变频装置系统以plc为通讯管理的通讯系统的地址分配见附表。

3.1组态王kingview5.1

组态王是运行于microsoftbbbbbbs98/2000/nt/xp中文平台界面的人机界面软件。采用了多线程、com组件等新技术，实现了实时多，软件运行稳定。软件包从工业控制对象中数据，并记录在实时数据库中。它还负责把数据的变化以动画的方式形象地表示出来。同时还可以完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能，并按实际需要生成历史数据文件。

为实现组态王和外部设备的通讯，组态王内置大量设备的驱动程序作为组态王和外部设备的通讯接口，扩充了组态王的功能，为用户提供为灵活的应用空间。在数据交换时，我们定义组态王作为dde服务器端，与采用java软件开发的节能计算软件相互通讯。通过dde方式用户自编的应用程序可以与组态王无缝连接，进行数据交换。

3.2用于s7-200的编程软件step7-microwin4.0

s7-200中plc程序用step7-microwin4.0软件进行编写，plc程序将modbus协议、tcp/ip工业以太网协议两种协议集于一身，实现变频器现场数据采集设备、上位监控设备的无缝连接。

3.3实现节能计算的的软件

节能计算软件为日立北京公司，该软件实现两方面的功能：

(1)组态王数据;

(2)对的数据进行计算并以趋势曲线的方式加以显示。根据机组送、引风机工频运行工况数据，得到通过调节出口挡板改变风量的工频运行曲线;

(3)再根据实时监控得到机组送、引风机在变频运行工况下的运行曲线，然后将两条曲线制作到同一坐标平面下，这样非常直观地得到节能数据，并对采集到的原始及节能数据进行记录保存于工控机的硬盘上。

4 应用情况

送、引风机高压变频装置系统自2008年4月投运以来，启、停及智能监控性能优良。操作员从炉控室组态王监视画面可以实时监控送、引风机高压变频装置的输入电压、输入电流、输入功率等数据，大大减少了运行人员现场抄录设备运行数据的工作量;另外非常直观地得到送、引风机高压变频装置系统的节能情况。送、引风机高压变频装置系统微机化、数字化是提高了系统的性，有效地避免了机组送、引风机电动机以及电网所承受的冲击，了电动机及拖动设备的使用寿命，深受用户。

5 结束语

送、引风机高压变频装置是集高压电机软起动、运行监控、网络技术于一体的智能化调速、控制系统。实践证明原送、引风机采用高压变频装置后，大大地降低了厂用电，为用户带来了可观的经济效益，值得大力推广应用