成都西门子一级代理商电源供应商

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一、维护概述
    一般各型PLC（以下以无锡华光电子工业有限公司生产的SR系列PLC，做为描述样板，其余各型PLC大同小异）均设计成长期不间断的工作制。但是，偶然有的地方也需要对动作进行修改，找到这个场所并修改它们是很重要的。修改发生在PLC以外的 动作需要许多时间。
二、查找故障的设备
    SR PLC的指示灯及机内设备，有益于对PLC整个控制系统查找故障。编程器是主要的诊断工具，他能方便地插到PLC上面。在编程器上可以观察整个控制系统的状态，当您去查找PLC为的控制系统的故障时，作为一个习惯，您应带一个编程器。
三、基本的查找故障顺序
    提出下列问题，并根据发现的合理动作逐个否定。一步一步地换SR中的各种模块,直到故障全部排除。所有主要的修正动作能通过换模块来完成。 除了一把螺丝和一个万用电表外，并不需要特殊的工具，不需要示波器，精密电压表或特殊的测试程序。
    1、PWR（电源）灯亮否？如果不亮，在采用交流电源的框架的电压输入端（98-162VAC或195-252VAC）检查电源电压；对于需要直流电压的框架，测量+24VDC和0VDC端之间的直流电压，如果不是合适的AC或DC电源，则问题发生在SR PLC之外。如AC或DC电源电压正常，但PWR灯不亮，检查保险丝，如必要的话，就换CPU框架。
    2、PWR（电源）灯亮否？如果亮，检查显示出错的代码，对照出错代码表的代码定义，做相应的修正。
    3、RUN（运行）灯亮否？如果不亮，检查编程器是不是处于PRG或LOAD位置，或者是不是程序出错。如RUN灯不亮，而编程器并没插上，或者编程器处于RUN方式 且没有显示出错的代码，则需要换CPU模块。
    4、BATT（电池）灯亮否？如果亮，则需要换锂电池。由于BATT灯只是报警信号，即使电池电压过低，程序也可能尚没改变。换电池以后， 检查程序或让PLC试运行。如果程序已有错，在完成系统编程初始化后，将录在磁带上的程序重新装入PLC。
    5、在多框架系统中,如果CPU是工作的,可用RUN`继电器来检查其它几个电源的工作。如果RUN继电器未闭合(高阻态),按上面讲的步检查AC或DC电源如AC 或DC电源正常而继电器是断开的,则需要换框架。
四、一般查找故障步骤
    其他步骤于用户的逻辑知识有关。下面的一些步骤，实际上只是较普通的，对于您遇到的特定的应用问题，尚修改或调整。查找故障的工具就是 您的感觉和经验。，插上编程器，并将开关打到RUN位置，然后按下列步骤进行。
    1、如果PLC停止在某些输出被激励的地方，一般是处于中间状态，则查找引起下一步操作发生的信号（输入，定时器，线川，鼓轮控制器等）。编程器会显示那个信号的ON/OFF状态。
    2、如果输入信号，将编程器显示的状态与输入模块的LED指示作比较，结果不一致，则换输入模块。入发现在扩展框架上有多个模块要换，那么，在您换模块之前，应先检查I/O扩展电缆和它的连接情况。
    3、如果输入状态与输入模块的LED指示指示一致，就要比较一下发光二管与输入装置（按钮、限位开关等）的状态。入二者不同，测量一下输入模块，如发现有问题，需要换I/O装置，现场接线或电源；否则，要换输入模块。
    4、如信号是线川，没有输出或输出与线川的状态不同，就得用编程器检查输出的驱动逻辑，并检查程序清单。检查应按从有到左进行， 找出个不接通的触点，如没有通的那个是输入，就按二和三步检查该输入点，如是线川，就按四步和五步检查。要确认使主控继电器步影响逻辑操作。
    5、如果信号是定时器，而且停在小于999.9的非零值上，则要换CPU模块。
    6、如果该信号控制一个计数器，检查控制复位的逻辑，然后是计数器信号。按上述2到5部进行。
五、组件的换
    下面是换SR-211PC系统的步骤
    （1）换框架
    1、切断AC电源 ；如装有编程器，拔掉编程器。
    2、从框架右端的接线端板上，拔下塑料盖板，拆去电源接线。
    3、拔掉所有的I/O模块。如果原先在安装时有多个工作回路的话，不要搞乱IU/O的接线，并记下每个模块在框架中的位置，以便重新插上时不至于搞错。
    4、如果CPU框架，拔除CPU组件和模块。将它放在的地方，以便以后重新安装。
    5、卸去底部的二个固定框架的螺丝，松开上部二个螺丝，但不用拆掉。
    6、将框架向上推移一下，然后把框架向下拉出来放在旁边。
    7、将新的框架 从部螺丝上套进去，
    8、装上底部螺丝，将四个螺丝都拧紧。
    9、插入I/O模块，注意位置要与拆下时一致。
    如果模块插错位置，将会引起控制系统危险的或错误的操作，但不会损坏模块。
    10、插入卸下的CPU和模块。
    11、在框架右边的接线端上重新接好电源接线，再盖上电源接线端的塑料盖。
    12、检查一下电源接线是否正确，然后再通上电源。仔细地检查整个控制系统的工作，确保所有的I/O模块位置正确，程序没有变化。
    （2）CPU模块的换
    1、切断电源，如插有编程器的话，把编程器拔掉。
    2、向中间挤压CPU模块面板的上下紧固扣，使它们脱出卡口。
    3、把模快从槽中垂直拔出。
    4、如果CPU上装着EPROM存储器，把EPROM拔下，装在新的CPU上。
    5、将印刷线路板对准底部导槽。将新的CPU模块插入底部导槽。
    6、轻微的晃动CPU模块，使CPU模块对准部导槽。
    7、把CPU模块插进框架，直到二个弹性锁扣扣进卡口。
    8、重新插上编程器，并通电。
    9、在对系统编程初始化后，把录在磁带上的程序重新装入。检查一下整个系统的操作。
   （三）I/O模块的换
    1、切断框架和I/O系统的电源。
    2、卸下I/O模块接线端上塑料盖。拆下有故障模块的现场接线。
    3、拆去I/O接线端的现场接线或卸下可拆卸式接线插座，这要视模块的类型而定。给每根线贴上标签或记下安装连线的标记，以便于将来重新连接。
    4、向中间挤压I/O模块的上下弹性锁扣，使它们脱出卡口。
    5、垂直向上拔出I/O模块
六、PLC过程控制常见故障分析及维护
    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。
八、结束语
    过程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，单的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。

对有关PLC的硬件组成的热点疑问作了解答，对今后的实际接线安装操作有较大帮助。
  一、 问：PLC的硬件结构是怎样的？
  答：PLC的硬件组成与微型计算机相似，其主机由CPU板、存储器、输入／输出（I／O）接口、电源等几大部分组成；可配备如编程器、图形显示器、通信接口等外部设备（见硬件示意图）。
  二、 问：CPU是什么？有什么作用？ 

  答：CPU也称处理器，是由一片或几片大规模集成电路芯片组成的，相当于人的大脑，是PLC的部分；CPU的作用是可通过接口及软件向系统的各个部分发出各种命令，同时对被测参数进行巡回检测、数据处理、控制运算、报警处理及逻辑判断等，实现对整个PLC的工作过程进行控制；目前大多数小型PLC都用8位或者16位单片机作CPU。
  三、 问：RAM、ROM、EPROM、EEPROM都是存储器，各自特点是什么？
  答：RAM为随机存储器，一般都是CMOS型的，耗电微，在PLC中通常用锂电池作后备，失电时也不会丢失程序；ROM为只读存储器，系统程序固化在其中，用户不可改，失电不受影响；EPROM为可擦除存储器，其写入和擦除时都要用的写入器和擦除器，用户很不方便；EEPROM为电可擦除只读存储器，其内部的程序可通过编程器的写入和擦除。 字串4
  四、 问：PLC中的I／0口是什么？有什么特点?
  答：I／O接口是输入（IN）／输出（OUT）接口的简称，是PLC主机与被控对象进行信息交换的纽带；PLC通过I／O接口与外部设备进行数据交换，PLC的输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种类型，所有的输入输出信号均经过光电等隔离，大大增强了PLC的抗干扰能力。
  五、 问：PLC常见的输出形式有几种？有何特点？
  答：常见的输出形式有继电器输出、晶闸管（SSR）输出、晶体管输出。特点是：继电器输出型：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），可带较大的外部负载；晶体管输出型：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），可带外部负载小；可控硅输出型：CPU通过光耦合使三端双向可控硅通断，以控制外部交流负载,开路漏电流大,响应时间较快(约1ms)。
  六、 问：什么是可编程控制系统? 由哪些部件组成？
  答: 可编程控制系统指以可编程控制器为单元的控制系统，一般由控制器（PLC）、编程器、信号输入部件、输出执行部件等组成，见PLC控制系统组成图（以FX2型PLC为例）。可编程控制系统可在不改变系统硬件接线的情况下，通过改变PLC的用户程序来改变被控对象的运行方式，大大地提高了控制系统的灵活性。

1引言

铁路继电器是铁路信号控制系统中的重要执行元件之一，在出厂时和使用过程中定期对其电气特性参数进行测试。然而，传统测试设备存在测试精度低，性差，效率低下以及对测试人员要求高等缺点，不能满足现代继电器测试的要求。PLC作为一种新型的控制装置与传统继电器控制系统相比，具有时间响应快，控制精度高、性好、控制程序可随工艺改变、易与计算机相连、维修方便、体积小、重量轻、功耗低及等优点。触摸屏也是一种新型的人机交互设备，操作者只需用手触摸计算机显示屏上的图标或文字就能对主机进行操作，这样就摆脱了传统交互设备复杂操作，即使新手也能轻松操作整个设备。因此，既减少了对操作人员的要求，也提高了工作效率。本文采用PLC、触摸屏及相关辅助电路设计了一种综合电器测试台。

2硬件电路设计

2.1系统概述

该继电器测试台采用欧姆龙CPM2A型号PLC作为控制单元、ET500系列触摸屏实现人机交互，测试普通继电器、接触器、过流继电器、接地继电器的吸合电压（电流）、释放电压（电流）及电磁（电子）式时间继电器的延时时间等参数。图1给出其硬件结构框图。

PLC通过I／O捕获继电器触点动作，通过扩展模拟I／O模块记录待测继电器动作时的电压（电流）值。同时，PLC把检测到的继电器状态和动作信号送人触摸屏显示，并对各种故障报警等。

2.2测试原理

测试前根据待测继电器型号及类型通过触摸屏设定参数，测试开始后可选择自动、人工方式通过PLC控制增（减）电压（电流），待达到待测继电器吸合电压（电流）、释放电压（电流）后，动合接点（衔铁）动作，PLC记录此时的电压（电流）值或和接点传唤时间存入内部数据区，待测试完毕后通过触摸屏显示并打印。

由于测试对象包括直流或交流继电器，电子式或电磁式继电器。电子式又包括共阴或共阳型。因此，该测试台在设计中满足了各种型号、类型继电器的测试需求，其原理如图2所示。系统通过扩展单元的4～20 mA模拟量控制信号选择直流或交流电源。

在测试时间继电器时，被测的是额定电压下继电器的动作延时时间或释放延时时间。考虑到继电器线圈电压从0 V加至额定值需要一定时间，这会带来测量误差。所以该测试台采用在电源输出端加上一个固体继电器（SSR），图2所示的是使系统自动识别延时类型。开始测试时，系统自动调整输出电压为设定的线圈额定电压，然后通过SSR切断输出电压，等待6 s使线圈两端电压降为0 V，然后再触发SSR使之导通，此时设定额定电压直接输出到时间继电器线圈，并开始计时。

当操作人员在测试前选择电磁或电子式时，测试台根据触摸屏传来的参数自动切换辅助继电器J10的触点位置，以完成类型的自动识别。图2中J10触点向上构成电子式测量电路连接，J11为电子式继电器的负载继电器；J10触点向下构成电磁式测量电路连接。在选择电子式的同时还要选择被测继电器为共阴还是共阳，测试台中采用辅助继电器J12的自动切换来完成共阴和共阳的切换，触点向右构成共阴，向左构成共阳。

3软件部分设计

继电器测试台的软件设计主要包括PLC控制软件和触摸屏组态软件两部分。由于欧姆龙CPM2A中增加了一个内置的RS232连接器，PLC配置的通讯模块就能方便地与外部设备进行通信，所以通过触摸屏与PLC之间的RS232传输就能实现实时通信功能，点击触摸屏向PLC发出各种控制信号，PLC接到触摸屏发出的指令信号后执行运算与控制任务。

3.1 PLC控制软件

PLC作为控制单元，是整个系统的控制。通过接收开关量和模拟量的输入，经处理后输出开关量和模拟量去控制继电器的动作。PLC控制软件主要由初始化模块、状态检测模块、控制模块、通信模块和故障处理模块组成，如图3所示。

初始化模块用于测试电流、电压、时间和日期的初始化，以及所测继电器类型的选择。状态检测模块用于各组成部分的状态检测和显示，并通知故障处理模块进行故障处理。通信模块用于接收触摸屏传来的参数信息，实现与PLC的通信。控制模块用于电流、电压调节和人工调节。

3.1.1状态检测

状态模块主要是继电器的状态转换。由于触点的物理特性。动触点在吸合接触静触点的瞬间往往会先吸合，再以微小的幅值弹开后再次吸合。针对这样的"抖动"，传统测试装置因灵敏度太差，而对测试结果不会造成影响；然而，该测试台因采用PLC检测触点接触，虽然仅仅是不到0.01s，但是PLC会因捕捉到这样的"抖动"而误认为触点吸合了两次或多次，以致测量无法正常进行。因此，在软件设计中采取了防抖功能，如图4所示。接点不动作时定时器002计时开始，20 ms后输出为"1"。当接点闭合或断开瞬间，辅助继电器20.09或20.10接通一个扫描周期，高速计数器002开始计时，计时到后辅助继电器20.12接通一个扫描周期，表示继电器状态已转换。

3.1.2输出控制

在测试中，当需要对线圈两端升（降）电压（电流）时，为防止电压（电流）上升过快而造成测量误差较大的问题，通过PLC发出0.2 s的定时脉冲。在PLC发出每个脉冲的同时对电压进行增减，步长为0.1 V。但是有时需要快速增加输出，操作人员可以选择手动输出方式，长按时间2 s以上触摸屏上输出增按钮。这种情况下，采用单位输出增量△a为变值来实现。图5所示快速输出增量图。可见，n-1次输出增量为an-1，n次输出增量为△an，控制输出增量△a使△an=an-1+1，使每相同时间△t内的输出增量递增，就可实现输出值a的快速增加。人工输出快速减少时其原理一样。

3.1.3故障处理

测试过程中有异常情况时，系统会根据检测的结果进行相应操作。例如，在测量继电器的吸合电压时，如继电器线圈断线。根据常识在这种情况下无论系统怎么增加电压，触点都不会吸合，继电器都不会动作。因此，当系统加压到一定值后继电器如果还未动作，系统即认为继电器损坏，结束测量，弹出错误。还有其他异常情况，诸如打印时未接打印机、调压模块故障等。

3.2触摸屏组态

触摸屏界面由支持软件设计、编译，然后从支持工具下载到触摸屏即可使用。触摸屏与PLC之间通过RS232通信电缆进行连接。由PLC对触摸屏状态控制区和通知区进行读写，以达到两者之间的信息交互。 触摸屏的组态是在EasyBuilder组态软件下完成。根据综合电器测试台的要求，设计了初始界面、测试主控界面、电压测试界面、电流测试界面、接地继电器测试界面、电磁式时间继电器测试界面、电子式时间继电器测试界面和手动输出界面共8个人机交互界面。

图6所示为测试主控界面。其过程为是先完成测试界面各个窗口、按钮的布局；其次为了使触摸屏和PLC能够正常通信，还要对测试界面的各个子窗口、按钮和输入区域进行相应的设置。设置完成后对其编译，编译通过后就可通过RS232通信电缆将组态信息下载至触摸屏中，这样触摸屏和PLC的通信就建立起来了。然后，运行组态软件，操作人员用手触控这些输入区域时，系统将弹出数字字母键盘，如图7信息输入键盘所示。在该界面可以输入设备名称、规格型号、产品编号、操作员代号、上车号、下车号等信息。根据需要测试的项目触控界面中相应的按钮进入相应的测试操作界面。

4结语

该设计的继电器电器测试台已经投入使用，运行结果证明，基于PLC和触摸屏控制的综合电器测试台的工作效率较传统测试设备有大幅度提高，系统工作稳定。具有下述优点：（1）触摸屏人机界面上设置的各种按钮、开关、信号显示灯、仪表等都是实物的替代品，触控寿命长，大大提高了电器测试的性。（2）触摸屏与PLC的连接通讯是通过软件实现的，不占用PLC的I／O点，只需要小型的PLC即可满足测试台的生产，节省了成本。（3）检测精度远远传统测试方式，且性高。（4）系统的程序接口简单，用户能够很方便地进行系统的二次开发，配置灵活，适应客户要求，保证了整体系统的灵活性和可伸缩性。