第七章故障诊断

第七章故障诊断PLC是运行在工业环境中的控制器，一般而言可靠性比较高，出现故障的概率较低，但是，出现故障也是难以避免的。一般引发故障的原因有很多，故障的后果也有很多种。引发故障的原因虽然我们不能完全控制，但是我们可以通过日常的检查和定期的维护来消除多种隐患，把故障率降到最低。故障的后果轻的可能造成设备的停机，影响生产的数量；重的可能造成财产损失和人员伤亡，如果是一些特殊的控制对象，一旦出现故障可能会引发更严重的后果。故障发生后，对于维护人员来说最重要的是找到故障的原因，迅速排除故障，尽快恢复系统的运行。对于系统设计人员在设计时要考虑到系统出现故障后的系统的自我保护措施力争使故障的停机时间最短，故障的产生的损失最小。7.1了解S7-300PLC的基本故障种类一般PLC的故障主要有外部故障或是内部错误造成。外部故障时由外部传感器或执行机构的故障等引发PLC产生故障，可能会使整个系统停机，甚至烧坏PLC。而内部错误是PLC内部的功能性错误或编成错误造成的，可以使系统停机。S7-300具有很强的错误（或称故障）检测和处理能力，CPU检测到某种错误后，操作系统调用对应得组织块，用户可以在组织块中编程，对发生的错误采取相应的措施。对于大多数错误，如果没有给组织块编程，出现错误时CPU将进入STOP模式。被S7CPU检测到并且用户可以通过组织块对其进行处理的错误分为两类：1、异步错误异步错误是与PLC的硬件或操作系统密切相关的错误，与程序执行无关，但异步错误的后果一般比较严重。2、同步错误同步错误是与执行用户程序有关的错误，程序中如果有不正确的地址区，错误的编号或错误的地址，都会出现同步错误，操作系统将调用同步错误OB。7.2掌握PLC的常规维护及故障排除的方法为了保障系统的正常运行，定期对PLC系统进行维护和检查是必不可少的，而且还必须熟悉一些故障诊断和排除方法。7.2.1检查与维护7.2.2外部故障的排除方法7.2.3内部错误的故障诊断7.2.1检查与维护一、定期检查PLC是一种工业控制设备，尽管在可靠性方面采取了许多措施，但工作环境对PLC影响还是很大的。所以，通常每隔半年时间应对PLC作定期检查。如果PLC的工作条件不符合表7-1规定的标准，就要做一些应急处理，以便使PLC工作在规定的标准环境。表7-1周期性检查一览表检查项目检查内容标准交流电源电压稳定度测量加在PLC上的电压是否为额定值？电源电压是否出现频繁急剧的变化？电源电压必须在工作电压范围内电源电压波动必须在允许范围内工作环境温度、湿度震动、灰尘温度和湿度是否在相应的变化范围内？（当PLC安装在仪表板上时，仪表上的温度可以认为是PLC的环境温度。）温度0~55℃相对湿度85%以下振幅小于0.5mm（10~55Hz）无大量灰尘、盐分和铁屑安装条件基本单元和扩展单元是否安装牢固？基本单元和扩展单元的联接电缆是否完全插好？接线螺钉是否松动？外部接线是否损坏？安装螺钉必须上紧联接电缆不能松动联接螺钉不能松动外部接线不能有任何外观异常使用寿命锂电池电压是否降低？继电器输出触点锂电池工作5年左右继电器输出触点寿命300万次（35V以上）二、日常维护PLC除了锂电池和继电器输出触点外，基本上没有其它易损元器件。由于存放用户程序的随机内存（RAM），计数器和具有保持功能的辅助继电器等均用锂电池保护，锂电池的寿命大约5年，当锂电池的电压逐渐降低达一定程度时，PLC基本单元上的电池电压跌落指示灯会亮。提示用户注意，有锂电池所支持的程序还可以保持一周左右，必须更换电池，这是日常维护的主要内容。调换锂电池的步骤：1、在拆装之前，应先让PLC通电15S以上，这样可使作为内存备用电源的电容器充电，在锂电池断开后，该电容可对PLC作短暂供电，以保护RAM中的信息不丢失。2、断开PLC的交流电源。3、打开基本单元的电池盖板。4、取下旧电池，装上新电池。5、盖上电池盖板。更换电池的时间要尽量短，一般不允许超过3min。如果时间过长，RAM中的程序将丢失。7.2.2外部故障的排除方法PLC有很强的自诊断能力，当PLC自身故障或外围设备发生故障，都可用PLC上具有诊断指示功能的发光二极管的亮灭来诊断。一、故障查找1、总体检查根据总体检查流程图找出故障点的大方向，逐渐细化，以找出具体故障，如图7-1所示。2、电源故障检查电源等不亮部需要对供电系统进行检查，检查流程图如图7-2所示。3、运行故障检查电源正常，运行指示灯不亮，说明系统已因某种异常而终止了正常运行，检查流程图如图7-3所示。4、输入输出故障检查输入输出是PLC与外部设备进行信息交流的信道，其是否正常工作，除了和输入输出单元有关外，还与联接配线、接线端子、保险管等组件状态有关。图7-4和图7-5分别所示的是输入检查流程和输出检查流程。图7-4输入检查流程图图7-5输出检查流程图5、外围环境的检查影响PLC工作的环境因素主要有温度、湿度、噪音与粉尘，以及腐蚀性酸碱等。二、故障的处理不同故障产生的原因不同，它们也有不同的处理方法，具体请见下表所列。表7-2CPU装置、I/O扩展装置故障处理序号异常现象可能原因处理1[POWER]LED灯不亮1、电压切换端子设定不良2、保险丝熔断正确设定切换端子更换保险丝2保险丝多次熔断1、电压切换端子设定不良2、线路短路或烧坏正确设定切换端子更换电源单元3[RUN]LED灯不亮1、程序错误2、电源线路不良3、I/O单元号重复4、远程I/O电源关，无终端修改程序更换CPU单元修改I/O单元号接通电源4运行中输出端没闭合（[POWER]灯亮）电源回路不良更换CPU单元5编号以后的继电器不动作I/O总线不良更换基板单元6特定的继电器编号的输出（入）接通I/O总线不良更换基板单元7特定单元的所有继电器不接通I/O总线不良更换基板单元序号异常现象可能原因处理1输入全部不接通（动作指示灯也灭）1、未加外部输入电压供电2、外部输入电压低加额定电源电压3、端子螺钉松动拧紧4、端子板联接器接触不良把端子板补充插入、锁紧。更换端子板联接器2输入全部断开（输入指示灯也灭）输入回路不良更换单元3输入全部不关断输入回路不良更换单元416特定继电器编号的输入不接通1、输入器件不良更换输入器件2、输入配线断线检查输入配线3、端子螺钉松驰拧紧4、端子板联接器接触不良把端子板补充插入、锁紧。更换端子板联接器5、外部输入接触时间短调整输入组件6、输入回路不良更换单元7、程序的OUT指令中用了输入继电器编号修改程序5特定继电器编号的输入不关断1、输入回路不良更换组件2、程序的OUT指令中用了输入继电器编号修改程序6输入不规则ON/OFF动作1、外部输入电压低使外部输入电压在额定值范围2、噪音引起的误动作抗干扰措施：安装绝缘变压器、安装尖峰抑制器、用屏蔽线配线等3、端子螺钉松动拧紧4、端子板联接器接触不良把端子板补充插入、锁紧。更换端子板联接器7异常动作的继电器编号为8点单位1、COM端螺钉松动拧紧2、端子板联接器接触不良把端子板补充插入、锁紧。更换端子板联接器3、CPU不良更换CPU单元8输入动作指示灯不亮（动作正常）LED灯坏更换单元表7-3输入单元故障处理序号异常现象可能原因处理1输出全部不接通1、未加负载电源加电源2、负载电源电压低使电源电压为额定值3、端子螺钉松动拧紧4、端子板联接器接触不良把端子板补充插入、锁紧。更换端子板联接器5、保险丝熔断更换保险丝6、I/O总线接触不良更换单元7、输出回路不良更换单元2输出全部不关断输出回路不良更换单元3特定继电器编号的输出不接通（动作指示灯灭）1、输出接通时间短更换单元2、程序中指令的继电器编号重复修改程序3、输出回路不良更换单元4特定继电器编号的输出不接通（动作指示灯亮）1、输出器件不良更换输出器件2、输出配线断线检查输出线3、端子螺钉松动拧紧4、端子联接接触不良端子充分插入、拧紧5、继电器输出不良更换继电器6、输出回路不良更换单元5特定继电器编号的输出不关断（动作指示灯灭）1、输出继电器不良更换继电器2、由于漏电流或残余电压而不能关断更换负载或加假负载电阻6特定继电器编号的输出不关断（动作指示灯亮）1、程序OUT指令的继电器编号重复修改程序2、输出回路不良更换单元7输出出现不规则的ON/OFF现象1、电源电压低调整电压2、程序OUT指令的继电器编号重复修改程序3、噪音引起的误动作抗噪音措施：装抑制器、装绝缘变压器、用屏蔽线配线等4、端子螺钉松动拧紧5、端子联接接触不良端子充分插入、拧紧8异常动作的继电器编号为8点单位1、COM端子螺钉松动拧紧2、端子联接接触不良端子充分插入、拧紧3、保险丝熔断更换保险丝4、CPU不良更换CPU单元9输出指示灯不亮（动作正常）LED灯坏更换单元表7-4输出单元故障处理7.2.3内部错误的故障诊断S7-300具有非常强大的故障诊断功能，通过STEP7编程软件可以获得大量的硬件故障与编程错误的信息，使用户能迅速地查找到故障。这里的诊断是指S7-300内部集成的错误识别和记录功能，错误信息在CPU的诊断缓冲区内。有错误或事件发生时，标有日期和时间的信息被保存到诊断缓冲区，时间保存到系统的状态表中，如果用户已对有关的错误处理组织块编程，CPU将调用该组织块。一、故障诊断的基本方法在SIMATIC管理器中用菜单命令“View”→“Online”打开再现窗口。打开所有的站，查看是否有CPU显示了指示错误或故障的诊断符号。诊断符号用来形象直观地表示模块的运行模式和模块的故障状态，如图7-6所示。如果模块有诊断信息，在模块符号上将会增加一个诊断符号，或者模块符号的对比度降低。图7-6诊断符号诊断符号“当前组态与实际组态不匹配”表示被组态的模块不存在，或者插入了与组态的模块的型号不同的模块。诊断符号“无法诊断”表示无线上连接，或该模块不支持模块诊断信息，例如电源模块或子模块。“强制”符号表示在该模块上有变量被强制，即在模块的用户程序中有变量被赋予一个固定植，该数据值不能被程序改变。“强制”符号可以与其它符号组合在一起显示，如图7-6中“强制与运行”符号。从在线的SIMATIC管理器的窗口、在线的硬件诊断功能打开的快速窗口和在线的硬件组态窗口（诊断窗口），都可以观察到诊断符号。通过观察诊断符号，可以判断CPU模块的运行模式，是否有强制变量，CPU模块和功能模块（FM）受否有故障。打开在线窗口，在SIMATIC管理器中执行菜单命令“PLC”→“Diagnostic/Setting”→“HardwareDiagnostics”，将打开硬件诊断快速浏览窗口。在该窗口中显示PLC的状态，看到诊断功能的模块的硬件故障，双击故障模块可以获得详细的故障信息。二、利用CPU诊断缓冲区进行详细故障诊断建立与PLC的在线连接后，在SIMATIC管理器中选择要检查的站，执行菜单命令“PLC”→“Diagnostics/Setting”→“ModuleInformation”，如图7-7所示，将打开模块信息窗口，显示该站中CPU的信息。在快速窗口中使用“ModuleInformation”。图7-7打开CPU诊断缓冲区在模块信息窗口中的诊断缓冲区（DiagnosticBuffer）选项中，给出了CPU中发生的事件一览表，选中“Events”窗口中某一行的某一事件，下面灰色的“Detailson”窗口将显示所选事件的详细信息，见图7-8所示。使用诊断缓冲区可以对系统得错误进行分析，查找停机的原因，并对出现的诊断时间分类。图7-8CPU模块的在线模块信息窗诊断事件包括模块故障、过程写错误、CPU中的系统错误、CPU运行模式的切换、用户程序的错误和用户用系统功能SFC52定义的诊断事件。在模块信息窗口中，编号为1，位于最上面的事件是最近发生的事件。如果显示因编程错误造成CPU进入STOP模式，选择该事件，并点击“OpenBlock”按钮，将在程序编辑器中打开于错误有关的块，显示出错的程序段