西门子模块6AV6648-0DC11-3AX0参数详细

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  在分析PLC过程控制故障特点的基础上，介绍四种PLC故障分析与排除的方法，并列举两实例说明故障分析与排除的过程。

    PLC故障特点

    PLC故障分析及排除方法

    典型故障分析实例

可编程控制器（PLC）是一种新型的通用自动化控制装置，它将传统的控制器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制功能强，性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。但在使用时由于工业生产现场的工作环境恶劣，干扰源众多，如大功率用电设备的起动或停止引起电网电压的波动形成低频干扰，电焊机、电火花加工机床、电机的电刷等通过电磁耦合产生的工频干扰等，都会影响PLC的正常工作。尽管PLC是专门在现场使用的控制装置，在设计制造时已采取了很多措施，使它对工业环境比较适应，但是为了确保整个系统稳定，还是应当尽量使PLC有良好的工作环境条件， 并采取必要的抗干扰措施。  
PLC在安装和维护时应注意的问题  
1 PLC的安装  
    PLC适用于大多数工业现场，但它对使用场合、环境温度等还是有一定要求。控制PLC的工作环境，可以有效地提高它的工作效率和寿命。在安装PLC时，要避开下列场所：  
（1）环境温度过0 ～ 50℃的范围；  
（2）相对湿度过85%或者存在露水凝聚（由温度突变或其他因素所引起的）；  
  
（3）太阳光直接照射；  
（4）有腐蚀和易燃的气体，例如、等；  
（5）有打量铁屑及灰尘；  
（6）频繁或连续的振动，振动频率为10 ～ 55Hz、幅度为0.5mm（峰-峰）；  
（7）过10g（重力加速度）的冲击。  
    小型可编程控制器外壳的4个角上，均有安装孔。有两种安装方法，一是用螺钉固定，不同的单元有不同的安装尺寸；另一种是DIN（德国共和标准）轨道固定。 DIN轨道配套使用的安装夹板，左右各一对。在轨道上，先装好左右夹板，装上PLC，然后拧紧螺钉。为了使控制系统工作可＊，通常把可编程控制器安装在有保护外壳的控制柜中，以防止灰尘、油污、水溅。为了保证可编程控制器在工作状态下其温度保持在规定环境温度范围内，安装机器应有足够的通风空间，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔。如果周围环境过55C，要安装电风扇，强迫通风。  
    为了避免其他外围设备的电干扰，可编程控制器应尽可能远离电源 target=bbbbbb>高压电源线和高压设备，可编程控制器与高压设备和电源线之间应留出至少200mm的距离。  
    当可编程控制器垂直安装时，要严防导线头、铁屑等从通风窗掉入可编程控制器内部，造成印刷电路板短路，使其不能正常工作甚至损坏。  
2电源接线  
    PLC供电电源为50Hz、220V±10%的交流电。  
    FX系列可编程控制器有直流24V输出接线端。该接线端可为输入传感（如光电开关或接近开关）提供直流24V电源。  
    如果电源发生故障，中断时间少于10ms，PLC工作不受影响。若电源中断过10ms或电源下降过允许值，则PLC停止工作，所有的输出点均同时断开。当电源恢复时，若RUN输入接通，则操作自动进行。  
    对于电源线来的干扰，PLC本身具有足够的抵制能力。如果电源干扰特别严重，可以安装一个变比为1:1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。  
3 接地  
    良好的接地是保证PLC可＊工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地线与机器的接地端相接，基本单元接地。如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给可编程控制器接上地线，接地点应与动力设备（如电机）的接地点分开。若达不到这种要求，也做到与其他设备公共接地，禁止与其他设备串联接地。接地点应尽可能＊近PLC。  
4 直流24V接线端  
    使用无源触点的输入器件时，PLC内部24V电源通过输入器件向输入端提供每点7mA的电流。  
    PLC上的24V接线端子，还可以向外部传感器（如接近开关或光电开关）提供电流。24V端子作传感器电源时，COM端子是直流24V地端。如果采用扩展船员，则应将基本单元和扩展单元的24V端连接起来。另外，任何外部电源不能接到这个端子。  
    如果发生过载现象，电压将自动跌落，该点输入对可编程控制器不起作用。  
    每种型号的PLC的输入点数量是有规定的。对每一个尚未使用的输入点，它不耗电，因此在这种情况下，24V电源端子向外供电流的能力可以增加。  
    FX系列PLC的空位端子，在任何情况下都不能使用。  
5 输入接线  
    PLC一般接受行程开关、限位开关等输入的开关量信号。输入接线端子是PLC与外部传感器负载转换信号的端口。输入接线，一般指外部传感器与输入端口的接线。  
    输入器件可以是任何无源的触点或集电开路的NPN管。输入器件接通时，输入端接通，输入线路闭合，同时输入指示的发光二管亮。  
    输入端的一次电路与二次电路之间，采用光电耦合隔离。二次电路带RC滤波器，以防止由于输入触点抖动或从输入线路串入的电噪声引起PLC误动作。  
    若在输入触点电路串联二管，在串联二管上的电压应小于4V。若使用带发光二管的舌簧开关，串联二管的数目不能过两只。  
    另外，输入接线还应特别注意以下几点：  
（1）输入接线一般不要过30m。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。  
（2）输入、输出线不能用同一根电缆，输入、输出线要分开。  
（3）可编程控制器所能接受的脉冲信号的宽度，应大于扫描周期的时间。  
6 输出接线  
（1）可编程控制器有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出3种形式。  
（2）输出端接线分为立输出和公共输出。当PLC的输出  
继电器或晶闸管动作时，同一号码的两个输出端接通。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。  
（3）由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，应用熔丝保护输出元件。  
（4）采用继电器输出时，承受的电感性负载大小影响到继电器的工作寿命，因此继电器工作寿命要求长。  
（5）PLC的输出负载可能产生噪声干扰，因此要采取措施加以控制。  
    此外，对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使得可编程控制器发生故障时，能将引起伤害的负载电源切断。  
    交流输出线和直流输出线不要用同一本电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。

PLC控制系统主要由输入部分、CPU、采样部分、输出控制和通讯部分组成。输入部分包括控制面板和输入模板；采样部分包括采样控制模板、AD转换模板和传感器；CPU作为系统的，完成接收数据，处理数据，输出控制信号；输出部分有的系统用到DA模板，将输出信号转换为模拟量信号，经过功放驱动执行器；大多数系统直接将输出信号给输出模板，由输出模板驱动执行器工作；通讯部分由通讯模板和上位机组成。据中国变频器维修网的工作人员介绍：一般PLC本身的故障可能性小，系统的故障主要来自外围的元部件，所以它的故障可分为如下几种：
    1、输入故障，即操作人员的操作失误；
    2、传感器故障；
    3、执行器故障；
    4、PLC软件故障
    5、这些故障，都可以用合适的故障诊断方法进行分析和用软件进行实时监测，对故障进行预报和处理。
PLC控制系统故障的宏观诊断
    故障的宏观诊断就是根据经验，参照发生故障的环境和现象来确定故障的部位和原因。PLC控制系统的故障宏观诊断方法如下：是否为使用不当引起的故障，如属于这类故障，则根据使用情况可初步判断出故障类型、发生部位。常见的使用不当包括供电电源故障、端子接线故障、模板安装故障、现场操作故障等。如果不是使用故障，则可能是偶然性故障或系统运行时间较长所引发的故障。对于这类故障可按PLC的故障分布，依次检查、判断故障。检查与实际过程相连的传感器、检测开关、执行机构和负载是否有故障：然后检查PLC的I/O模板是否有故障：后检查PLC的CPU是否有故障。在检查PLC本身故障时，可参考PLC的CPU模板和电源模板上的指示灯。采取上述步骤还检查不出故障部位和原因，则可能是系统设计错误，此时要重新检查系统设计，包括硬件设计和软件设计。

 PLC控制系统的“冗余设计”主要应用于两个方面，一是控制电路的“冗余设计”，如紧急分断电路等：二是PLC本身的“冗余设计”。
    所谓控制电路的“冗余设计”，是控制系统为了保证其性与性，防止由于某件故障而产生的性、性事故，而通过人为增加在正常情况下并不需要的“多余”控制器件、重复使用触点等措施，提高线路性。
    如用于紧急分断的接触器，通过若干个接触器的触点同时工作，以实现“冗余”，保证在一个接触器故障时，回路仍然能够保持有效等。
    PLC“冗余设计”的目的是进一步提高系统的工作性，避免由于PLC故障而出现的停机与事故。
    “冗余”系统又称为“热备份”系统，主要用于对性、性要求十分高的场合，如大型生产线、化工设备等由于PLC的停机可能引发重大、质量事故的控制。
    PLC“冗余”需要采用具有“冗余”功能的CPU系统，如SIEMENS的S7-400H等。为了实现PLC的“冗余”，在系统中事实上需要配置两套相同的电源、通信、CPU等模块，两套系统同时工作，其中一套（主系统）用于正常控制；另一套（备用系统）运行同样的控制程序，但其输出被禁止。当主系统出现故障时，备用系统立即接管系统控制权，成为主系统，保证设备的正常运行；同时，维修人员可以对出故障的系统进行维修处理，完成维修后装入系统中成为备用系统。如此不断交替工作，保证了系统的不停机连续工作。

一、选 型

二、安装与布线

三、电 源

四、外接传感器

五、 用户程序的保护与备份

调试好的PLC用户程序经常是有放在用铿电池作后备电源的RAM中，一般情况下，这种方式是保险的，但在强干扰的环境下，BAM中的用户程序也有可能改写或冲掉的。目前，常用的做法是，将调试好的程序用PLC ROM写人器将用户程序写到EPROM中长期保存，在系统运行时，应对EP ROM加上写保护，以防止被改写。

1．PLC电源设计
    一般而言，PLC的基本电源一般有使用ACIOOV/240V与DC24V两种类型。
    当PLC采川ACIOOV/240V供电时，通常允许输入电源电压的波动范围为-15%～+10%。如：选择额定输入电压为AC100V时，通常允许输入电压的变化范围为AC85～110V;选择额定输入电压为AC240V时，允许的变化范围为AC200—AC264V。PLC对外部交流电源的频率要求较低，允许的频率变化范围通常为±3Hz，即选择额定输入频率为50Hz时，允许输入频率的变化范围为47～53Hz;选择额定输入频率为60Hz时，允许变化范围为57～63Hz。
    当PLC使用DC24V电源时，一般允许输入电压的变化范围为一l5%～+20%(即DC20.4～28.8V，如SIEMENS PLC)，部分PLC可以达到-35%—+30%（即DC15.6～31.2V，如三菱Q系列PLC）。与其他计算机控制系统相比，它对输入电源的要求相对较低，通常容易满足要求。
    但为了保证PLC的正常工作，抑制线路干扰，对于交流AC100V/240V供电的PLC，原则上应在电源输入回路加入隔离变压器、浪涌吸收器或者采取稳压措施。PLC输入电源要与设备动力电源、交流控制回路电源、交流输出电源分离配线，并具有立的保护回路与立的隔离变压器。
    对于直流DC24V供电的PLC，原则上应采用稳压电源供电：至少应通过三相桥式整流、滤波后进行供电；一般不能使用仅通过单相桥式整流的直流电源直接对PLC进行供电。PLC输入电源要与设备直流动力电源、直流控制回路电源、直流输出电源分离配线，并具有立的保护回路，在系绕组成较复杂时，应使用立的稳压电源单对PLC供电。
    当系统采用模块化结构时，电源模块的容量应保证满足PLC系统对电源容量的要求，电源模块的额定输出容量应大于系统中全部组成模块所消耗的功率总和，并且留有20%～30%的余量。
  2. 1/0装置外部电源
  I/O外部电源是指用于PLC源输入模块、PLC输出模块、输入传感器（如接近开关等）、输出执行元件的电源。
    用于PLC输入信号的外部电源一般为DC24V。由于输入信号的电压波动可能直接影响到PLC输入状态的变化，故对其要求较高，原则上应采用稳压电源供电；至少应通过三相桥式整流、滤波后进行供电；不能使用仅通过单相桥式整流的直流电源，以防止输入信号采样的错误。
    用于PLC输出信号的外部电源与PLC的输出形式与负载要求有关，可以是交流，也可以是直流。特别在当采用继电器接点输出时，电源要求取决于负载。
    通常情况下，PLC对输出电源的要求要输入电源。如：对于直流24V中间继电器、电磁阀
类负载，一般可以使用单相桥式整流的直流电源，但是，当PLC的输出需要作为系统其他控制装置：如CNC等）的输入时，根据后者的要求选择输出电源。
    3．PLC总供电系统
    总供电系统的设计，根据控制对象的性质、技术要求、系统的组成情况、使用环境条件等进行具体分析，本章后述部分给出了PLC控制系统硬件设计实例，可以供读者参考。
  作为PLC总供电系统基本设计原则，应注意如下几个方面：
  ①在系统中，与PLC有关的全部电源，均可以通过设备的总电源开关进行分断，实现与电网的隔离。
  ②PLC作为系统主要的控制装置，原则上应在设备总电源接通后，无须其他启动操作，即可以立即投入工作，以便控制系统对控制对象实施有效的监控。
  ③对于同时使用基本单元与扩展单元的控制系统，扩展单元的电源应先于基本单元或同时接通，以便基本单元对扩展单元实施有效的监控。
  ④用于PLC输入信号的外部电源，可以与PLC基本电源共用，但回路中安装立的保护器件（如断路器等）。
  ⑤当用于PLC输入信号的外部电源立设置时，此电源应在设备总电源接通后，立即投入工怍，以便PLC通过输入信号对设备的现行状态实施有效的监控。
  ⑥用于PLC输出信号的外部电源，可以与输入电源共用或进行立设置。对于组成复杂、执行元件较多的控制系统，可根据需要设置多个电源。
  ⑦当PLC输出使用公用外部电源时，应根据输出对象的不同，分类设置多路保护（如断路器等），且每一类输出的电源接通次序应有所区别。设计应保PLC的各类输出电源的通断，受强电控制回路“互锁”条件的约束与控制。
  ⑧用于系统中的其他控制回路用电源，在电压相同时（如DC24V控制回路），可以与PLC的输入或输出电源共用，但安装有立的保护元件（如断路器等）。

1．接地系统的基本要求
    设备、控制系统良好的接地，不仅是保证人身所需的“电击防护”措施，而且也是抑制干扰、减小电磁干扰、提高系统性的重要手段，在设计、施工阶段予以重视。
  PLC控制系统对接地的一般要求如下：
  ①系统接地良好，对于PLC控制系统，接地电阻应小于4Q。
  ②接地线有足够大的线径，立安装的PLC基本单元，应使用截面积在2.5nim2以上的黄／绿线与系统保护接地线(PE)连接。
  ③模块化结构的PLC，各模块与机架间一般可以通过模块本身的接地连接端，使得各模块与叽架间保持良好的接地，但机架与系统保护地之间应保证接地良好，应使用截面积在2.5mm2以上的黄／绿线与系统保护接地线(PE)连接。
  ④系统中的其他控制装置（如驱动器、变频器等）的接地同样符合规范，并立接地。
  按照DIN EN标准规定，各控制装置的接地线的线径如表7-4.1所示。表中“通过固定的连接”是指控制装置通过导电基座与良好接地的电气柜（元件安装板）进行接地连接时的要求。

    ⑤系统中的各类屏蔽电缆的屏蔽层、金属软管、走线槽（管）、分线盒等均保证接地良好。
    2．各类不同接地的处理
    在PLC系统中，主要有以下几种与接地有关的常用“地”，需要根据不同的情况进行分别处理。
    (l)数字信号地
    数字信号地是指系统中各种开关量（数字量）的OV端，如接近开关的OV线、PLC输入的公共OV、晶体管输出的公共OV等。
    数字信号地在PLC控制系统中，原则上只需要按照PLC规定的输入／输出连接方式进行连接即可，无须另外考虑专门的地线，也不需要与PE线进行连接，详见本书7.3节“I/O接口设计”部分。
    (2)模拟信号地
    模拟信号地是指系统中各类模拟量的OV端，如用于驱动器（变频器）的速度给定电压输出、测速反馈输入、传感器输入等。
    模拟信号通常采用差动输出／输入，各信号间的OV各自立，因此，模拟信号地一般不允许进行相互间的连接，也不允许与系统的PE线进行连接。
    用于模拟量输入／输出的连接线，原则上应使用带有屏蔽的“双绞”电缆，屏蔽电缆的屏蔽层根据不同的要求与系统的PE线连接。
  (3)保护地
  保护地是指系统中各控制装置、用电设备的外壳接地，如电动机、驱动器的保护接地等。这些保护地直接与电柜内的接地母线（PE母线）连接，不允许控制装置、用电设备的PE线进行“互连”。
    (4)直流电源地
    系统直流电源地是指除PLC内部电源以外的外部直流电源的OV端（PLC内部直流电源的OV端，一般与PLC的数字信号地共用）。可以分以下几种情况进行处理：
    ①当PLC输入／输出直流电源分离时，用于PLC输入的直流电源的OV，按本章7.3节“I/O接口设计”部分的要求，与PLC的OV公共线进行连接。用于PLC输出的直流电源，根据需要，可以不与PLC的OV公共端连接或与PLC的OV公共端连接。
    ②当PLC输入／输出直流电源共用时，直流电源的OV与PLC的OV公共线连接。用于PLC输入／输出的直流电源OV与系统接地(PE)线之间，根据系统的实际需要，可以连接也可以不连接。
    ③单用于PLC系统执行元件的直流电源OV，原则上不与PLC的OV连接，但一般需要与系统的接地(PE)线进行连接。
    (5)交流电源地
    交流电源地是指系统中使用的交流电源的OV端（或N线），如220V控制回路的OV端、交流照明电路、交流指示灯的OV端等。
    在交流控制回路使用隔离变压器时，出于“电击防护”等方面的考虑，为了让变压器起到“隔离”作用，原则上不应将交流电源的OV端与系统接地(PE)线相连。
    从抗干扰的角度考虑，控制系统的PE线原则上也不应与电网的N线相连。但在某些进口机床上，也有使用特殊的“短接端”，将交流电源的OV端、N线、接地(PE)线进行相互连接的情况。
    PLC控制系统通常属于1MHz以下的低频电路的范畴，因此，一般应采用“单点接地”的接地方式。