电气控制技术与plc 第2版 教学课件 ppt 作者 徐文尚 第七章 plc在工业应用中的若干问题

第7章PLC在工业应用中的若干问题 返回总目录 本章介绍了提高PLC控制系统可靠性措施 包括要求设计 安装和使用维护中引起高度重视从电源 接地 布线到软件设计等方面的抗干扰技术 同时也要解决程序调试 系统故障的诊断和节省输入输出点措施 多方配合才能完善解决问题 有效地增强系统的可靠性 本章内容 7 1PLC系统的抗干扰技术 7 2PLC的程序调试 7 3系统的故障诊断 7 4节省I O点的几种方法 7 5停车按钮类型 7 6PLC输出类型的选择及使用中的注意事项 本章小结 习题与思考题 7 1PLC系统的抗干扰技术 PLC控制系统的抗干扰是一个系统工程 要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰能力的产品 且有赖于使用部门在工程设计 安装施工和运行维护中予以全面考虑 并结合具有情况进行综合设计 才能保证系统的电磁兼容性和运行可靠性 进行具体工程的抗干扰设计时 虽然PLC具有很高的可靠性 并且有很强的抗干扰能力 但在过于恶劣的环境或安装使用不当等情况下 都有可能引起PLC内部信息的破坏而导致控制混乱 甚至造成内部元件损坏 抗干扰设计主要考虑来自系统外部的几种抑制措施 内容包括 对PLC系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰 对外引线进行隔离 滤波 特别是动力电缆应分层布置 以防通过外引线引入传导电磁干扰 正确设计接地点和接地装置 完善接地系统 另外还必须利用软件手段 进一步提高系统的安全可靠性 7 1 1适合的工作环境1 环境温度适宜通常PLC允许的环境温度约在0 55 因此 安装时不要把发热量大的元件放在PLC的下方 PLC四周要有足够的通风散热空间 不要把PLC安装在阳光直接照射或离暖气 加热器 大功率电源等发热器件很近的场所 安装PLC的控制柜最好有通风的百叶窗 如果控制柜温度太高 应该在柜内安装风扇强迫通风 2 环境湿度适宜PLC工作环境的空气相对湿度一般要求小于85 以保证PLC的绝缘性能 湿度太大也会影响模拟量输入 输出装置的精度 因此 不能将PLC安装在结露 雨淋的场所 3 注意环境污染不宜把PLC安装在有大量污染物 如灰尘 油烟 铁粉等 腐蚀性气体和可燃性气体的场所 尤其是有腐蚀性气体的地方 例如氯化氢 硫化氢等 易造成元件及印刷线路板的腐蚀 如果只能安装在这种场所 在温度允许的条件下 可以将PLC封闭 或将PLC安装在密闭性较高的控制室内 并安装空气净化装置 7 1PLC系统的抗干扰技术 7 1PLC系统的抗干扰技术 4 远离振动和冲击源安装PLC的控制柜应当远离有强烈振动和冲击场所 尤其是连续 频繁的振动 防止振动频率为10 55Hz频繁或连续振动 必要时可以采取相应措施如采用减震胶等来减轻振动和冲击的影响 以免造成接线或插件的松动 5 远离强干扰源PLC应远离强干扰源 如大功率晶闸管装置 高频设备和大型动力设备等 同时PLC还应该远离强电磁场和强放射源 以及易产生强静电的地方 7 1 2采用性能优良的电源 抑制电网引入的干扰在干扰较强或可靠性要求较高的场合 应该用带屏蔽层的隔离变压器 对PLC系统供电 还可以在隔离变压器二次侧串接LC滤波电路 同时 在安装时还应注意以下问题 1 隔离变压器与PLC和I O电源之间最好采用双绞线连接 以控制串模干扰 2 系统的动力线应足够粗 以降低大容量设备起动时引起的线路压降 3 PLC输入电路用外接直流电源时 最好采用稳压电源 以保证正确的输入信号 否则可能使PLC接收到错误的信号 4 远离高压 PLC不能在高压电器和高压电源线附近安装 更不能与高压电器安装在同一个控制柜内 在柜内PLC应远离高压电源线 二者间距离应大于200mm 对于PLC系统供电的电源 一般都采用隔离性能较好电源 而对于变送器供电的电源和PLC系统有直接电气连接的仪表的供电电源 并没受到足够的重视 虽然采取了一定的隔离措施 但普遍还不够 主要是使用的隔离变压器分布参数大 抑制干扰能力差 经电源耦合而串入共模干扰 串模干扰 所以 对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小 抑制带大 如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术 的配电器 以减少PLC系统的干扰 此外 可采用不间断电源 UPS 供电 提高供电的安全可靠性 并且UPS还具有较强的干扰隔离性能 是一种PLC控制系统的理想电源 7 1PLC系统的抗干扰技术 7 1 3合理的安装与布线为了减少动力电缆辐射电磁干扰 尤其是变频装置馈电电缆 采用铜带铠装屏蔽电力电缆 可明显降低动力线产生的电磁干扰 不同类型的信号分别由不同电缆传输 信号电缆应按传输信号种类分层敖设 严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号 避免信号线与动力电缆靠近平行敖设 以减少电磁干扰 1 I O线与动力线 交流线与直流线 输入线与输出线 开关量与模拟量及其它控制线应不要用同一根电缆 分开走线 尽量不要在同一线槽中布线 隔离变压器与PLC和I O之间应采用双绞线连接 将PLC的I O线和大功率线分开走线 如必须同一线槽内 分开捆扎交流线 直流线 若条件允许 分槽走线最好 这能使其有尽可能大空间距离 并能将干扰降到最低限度 输出线应尽量远离高压线和动力线 避免并行 对于传送模拟量信号的I O线最好用屏蔽线 且屏蔽线的屏敝层应一端接地 接地电阻应小于屏蔽层电阻1 10 2 PLC的基本单元与扩展单元之间电缆传送的信号小 频率高 很容易受干扰 不能与其它的连线敷埋在同一线槽内 7 1PLC系统的抗干扰技术 3 PLC的I O回路配线 必须使用压接端子 又称压线棒 或单股线 不宜用多股绞合线直接与PLC的接线端于连接 否则容易出现火花 输入 输出线不能用同一根电缆 输入 输出线要分开 尽可能采用常开触点形式连接到输入端 使编制梯形图与继电器原理图一致 便于阅读 输出端接线分为独立输出和公共输出 不同组中 可采用不同类型和电压等级输出电压 但同一组中输出只能用同一类型 同一电压等级电源 PLC输出采用继电器输出时 所承受电感性负载大小会影响到继电器使用寿命 使用电感性负载时应合理选择 或加隔离继电器 PLC输出负载可能产生干扰 要采取措施加以控制 如直流输出续流管保护 交流输出阻容吸收电路 晶体管及双向晶闸管输出旁路电阻保护 4 与PLC安装在同一控制柜内 虽不是由PLC控制的感性元件 如功率较大继电器 接触器线圈 也应并联RC或二极管消弧电路 PLC应远离强干扰源如电焊机 大功率硅整流装置和大型动力设备 不能与高压电器安装同一个开关柜内 柜内PLC应远离动力线 二者之间距离应大于200mm 7 1PLC系统的抗干扰技术 7 1 4正确的接地对PLC控制系统而言 它属高速低电平控制装置 应采用直接接地方式 由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响 装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz 所以PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式 接地点应尽可能靠近PLC 对于集中布置的PLC系统 各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极 如果装置间距较大 应采用串联一点接地方式 用一根大截面铜母线 或绝缘电缆 连接各装置的柜体中心接地点 然后将接地母线直接连接接地极 接地线采用截面大于22mm2的铜导线 总母线使用截面大于60mm2的铜排 接地极的接地电阻小于2 接地极最好埋在距建筑物10 15m远处 而且PLC系统接地点必须与强电设备接地点相距10m以上 信号源接地时 屏蔽层应在信号侧接地 不接地时 应在PLC侧接地 信号线中间有接头时 屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理 一定要避免多点接地 多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时 各屏蔽层应相互连接好 并经绝缘处理 7 1PLC系统的抗干扰技术 另外 PLC的CPU单元必须接地 若使用了I O扩展单元等 则CPU单元应与它们具有共同的接地体 而且从任一单元的保护接地端到地的电阻都不能大于100 7 1 5必要的安全保护环节为了确保整个系统能在安全状态下可靠工作 避免由于外部电源发生故障 PLC出现异常 误操作以及误输出造成的重大经济损失和人身伤亡事故 PLC外部应安装必要的保护电路 1 短路保护当PLC输出设备短路时 为了避免PLC内部输出元件损坏 应该在PLC外部输出回路中装上熔断器 进行短路保护 最好在每个负载的回路中都装上熔断器 2 互锁与联锁措施除在程序中保证电路的互锁关系 PLC外部接线中还应该采取硬件的互锁措施 以确保系统安全可靠地运行 如电动机正 反转控制 要利用接触器常闭触点在PLC外部进行互锁 在不同电机或电器之间有联锁要求时 最好也在PLC外部进行硬件联锁 采用PLC外部的硬件进行互锁与联锁 这是PLC控制系统中常用的做法 7 1PLC系统的抗干扰技术 3 失压保护与紧急停车措施PLC外部负载的供电线路应具有失压保护措施 当临时停电再恢复供电时 不按下 启动 按钮PLC的外部负载就不能自行启动 这种接线方法的另一个作用是 当特殊情况下需要紧急停机时 按下 停止 按钮就可以切断负载电源 而与PLC毫无关系 1 急停电路 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PLC发生故障时 能将引起伤害的负载电源可靠切断 2 保护电路 正反向运转等可逆操作的控制系统 要设置外部电器互锁保护 往复运行及升降移动的控制系统 要设置外部限位保护电路 3 可编程控制器有监视定时器等自检功能 检查出异常时 输出全部关闭 但当可编程控制器CPU故障时就不能控制输出 因此 对于能使用户造成伤害的危险负载 为确保设备在安全状态下运行 需设计外电路加以防护 7 1PLC系统的抗干扰技术 4 电源过负荷的防护 如果PLC电源发生故障 中断时间少于10秒 PLC工作不受影响 若电源中断超过10秒或电源下降超过允许值 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 因此 对一些易过负载的输入设备应设置必要的限流保护电路 5 重大故障的报警及防护 对于易发生重大事故的场所 为了确保控制系统在重大事故发生时仍可靠的报警及防护 应将与重大故障有联系的信号通过外电路输出 以使控制系统在安全状况下运行 7 1 6对变频器干扰抑制变频器产生的干扰一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰 引起电网电压畸变 影响电网供电质量 二是变频器输出会产生较强电磁辐射干扰 影响周边设备正常工作 变频器干扰处理一般有下面几种方式 加隔离变压器 主针对来自电源传导干扰 可以将绝大部分传导干扰阻隔隔离变压器之前 7 1PLC系统的抗干扰技术 使用滤波器 滤波器具有较强抗干扰能力 还具有防止将设备本身干扰传导给电源 有些还兼有尖峰电压吸收功能 使用输出电抗器 变频器到电动机之间增加交流电抗器 在减少变频器输出能量传输过程中线路产生电磁辐射 影响其它设备正常工作 7 1PLC系统的抗干扰技术 7 2 1程序调试的前提 接线正确首先要强调一个问题 是十分简单但却几乎每个项目都会发生的 那就是对PLC的接线 现场调试大部分的问题和工作量都是在接线方面 如果现场接线是由用户或者其它的施工人员完成的 则通过看其接线图和接线的外观 就可以对接线的质量有个大致的判断 如图7 1所示 然后要对所有的接线进行一次完整而认真的检查 现场由于接线错误而导致PLC被烧坏的情况屡次发生 在进行真正的调试之前 一定要认真地检查 这一个环节很重要 首先检查现场的接线 可以省去后面程序调试大量的时间 也可以用事先编写好的试验程序对外部接线做扫描通电检查来查找接线故障 为了安全考虑 应将主电路断开 当确认接线无误后再连接主电路 将模拟调试好的程序送入用户存储器进行调试 直到各部分的功能都正常 并能协调一致地完成整体的控制功能为止 7 2PLC的程序调试 图7 1PLC控制柜内部接线图 已有线盖 7 2PLC的程序调试 7 2 2PLC程序现场调试开始调试时 设备可先不运转 甚至不加电 可随着调试的进展逐步加电 开机 加载 直到按额定条件运转 具体过程大体是 1 要查接线 核对地址 要逐点进行 要确保正确无误 可不带电核对 也可带电查 加上信号后 看电控系统的动作情况是否符合设计的目的 2 检查模拟量输入输出 看输入输出模块是否正确 工作是否正常 必要时 还可用标准仪器检查输入输出的精度 3 检查与测试指示灯 控制面板上如有指示灯 应先对应指示灯的显示进行检查 一方面 查看灯坏了没有 另一方面检查逻辑关系是否正确 指示灯是反映系统工作的一面镜子 先调好它 将对进一步调试提供方便 4 检查手动动作及手动控制逻辑关系 完成了以上调试 继而可进行手动动作及手动控制逻辑关系调试 要查看各个手动控制的输出点 是否有相应的输出以及与输出对应的动作 然后再看 各个手动控制是否能够实现 如有问题 立即解决 7 2PLC的程序调试 5 半自动工作 如系统可自动工作 那先调半自动工作能否实现 调试时可一步步推进 直至完成整个控制周期 哪个步骤或环节出现问题 就着手解决哪个步骤或环节的问题 6 自动工作 在完成半自动调试后 可进一步调试自动工作 要多观察几个工作循环 以确保系统能正确无误地连续工作 7 模拟量调试 参数确定 7 2 3程序模拟调试程序模拟调试的基本思想是 以方便的形式模拟产生现场实际状态 为程序的运行创造必要的环境条件 根据产生现场信号的方式不同 模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式 1 硬件模拟法是使用一些硬件设备 如用另一台PLC或一些输入器件等 模拟产生现场的信号 并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端 其时效性较强 7 2PLC的程序调试 2 软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序 模拟提供现场信号 其简单易行 但时效性不易保证 模拟调试过程中 可采用分段调试的方法 并利用编程器的监控功能 用户程序一般先在实验室模拟调试 实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟 各输出量的通 断状态用PLC上有关的发光二极管来显示 一般不用接PLC实际的负载 如接触器 电磁阀等 可以根据功能表图 在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号 如限位开关触点的接通和断开 对于顺序控制程序 调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合功能表图的规定 即在某一转换条件实现时 是否发生步的活动状态的正确变化 即该转换所有的前级步是否变为不活动步 所有的后续步是否变为活动步 以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化 在调试时应充分考虑各种可能的情况 对系统各种不同的工作方式 有选择序列的功能表图中的每一条支路 各种可能的进展路线 都应逐一检查 不能遗漏 发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序 直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求 7 2PLC的程序调试 如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大 为了缩短调试时间 可以在调试时将它们减小 模拟调试结束后再写入它们的实际设定值 在设计和模拟调试程序的同时 可以设计 制作控制台或控制柜 PLC之外的其他硬件的安装 接线工作也可以同时进行 以上调试的都是逻辑控制的项目 这是系统调试时 首先要调通的 这些调试基本完成后 可着手调试模拟量 脉冲量控制 最主要的是选定合适控制参数 一般来说 这个过程是比较长的 要耐心调 参数也要作多种选择 再从中选出最优者 完成上述所有调试 整个调试基本也就完成了 但是最好再进行一些异常条件检查 看看出现异常情况或一些难以避免的非法操作 是否会停机保护或是报警提示 完成上述的工作后 将PLC安装在控制现场进行联机总调试 联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调 联机调试过程应循序渐进 从PLC只连接输入设备 再连接输出设备 再接上实际负载等逐步进行调试 如不符合要求 则对硬件和程序作调整 通常只需修改部分程序即可 7 2PLC的程序调试 在调试过程中将暴露出系统中可能存在的传感器 执行器和硬接线等方面的问题 以及PLC的外部接线图和梯形图程序设计中的问题 应对出现的问题及时加以解决 如果调试达不到指标要求 则对相应硬件和软件部分作适当调整 通常只需要修改程序就可能达到调整的目的 全部调试通过后 经过一段时间的考验 系统就可以投入实际的运行了 7 2 4STEP7的调试手段STEP7的PLC程序符合IEC 61131标准 该标准支持STL FBD LAD编程语言 另外SFC SCL是选件 但大部分调试手段却是通用的 1 使用VariableTable进行变量监视 强制修改VariableTable 变量监视表 是最常用的 功能也很强 能监视又能强制修改 编辑好后可以长期保存 调用方法 主菜单 Insert s7Block VariableTable 2 使用CPUMessage DiagnosticBuffer进行错误诊断 定位这两者的作用差不多 都是从PLC中的DiagnosticBuffer 诊断缓冲区 中提取诊断信息 区别在于前者象一个日志而后者直接显示了PLC诊断缓冲区中 7 2PLC的程序调试 7 2PLC的程序调试 的内容 如果你的程序已经下载到了PLC中 但一开机就SF systemfailure 红色LED灯就亮了 或是程序一开始运行良好 也不知道什么时候就down机了 DiagnosticBuffer中的信息会告诉你什么时候 哪个Block出了什么错误 如某个FB块忘了下载了 当然 更深入的分析需要用其他手段跟踪调试了 调用方法 主菜单 PLC CPUMessage 主菜单 PLC Diagnostic Setting ModuleInformation DiagnosticBuffer3 使用ReferenceData进行静态统计分析根据你编写好的程序 STEP7程序会通过统计分析得出一堆数据 于是我们可以通过相应的视图分析 变量的使用状况 程序结构 内存占用情况 没用到的symbol和程序中只有绝对地址没有symbol名的M点 一般认为一个比较大的程序写完之后 应该调用referenceData审视一番 做到心中有数 这是一个好的习惯 另外 crossreference可以对变量跟踪定位 在引用表上双击变量名 程序就显示相应的位置 有些Bug也可以从ReferenceData表格中找出相关信息 总之 善于利用此类统计信息对程序分析大有好处 调用方法 主菜单 Options ReferenceData 4 STL单步调试 PLCSIM 仿真器 singlescan 单循环 调试它们用于对付比较坚硬的故障问题 对分析STL程序有用 调用方法 STL设断点的条件比较严格 1 在LAD STL FBD编辑器菜单中选择Debug Operation testoperating2 LAD STL FBD编辑器处于ONLINE状态3 视图必须切换至STL语言 5 显示程序状态STEP7 Micro WIN允许在程序执行时监视其状态 当监视程序状态时 程序编辑器会显示指令操作数的值 要显示程序状态 点击ProgramStatus按钮或选择命令菜单Debug ProgramStatus即可 6 显示LAD和FBD程序的状态对于显示LAD和FBD程序的状态 STEP7 Micro WIN提供了两种选择 7 2PLC的程序调试 扫描结束的状态 STEP7 Micro WIN在经过多个扫描周期得到显示状态值之后 刷新屏幕显示状态 状态显示并不反映程序执行时每个元素的实际状态 扫描结束状态不显示L存储器或者累加器的状态 对于扫描结束状态显示 状态值在所有CPU操作模式下都刷新 执行状态 STEP7 Micro WIN在S7 200程序执行过程中 显示程序段中的状态值 要显示执行状态 需在命令菜单中选择Debug UseExecutionStatus 对于执行状态 状态值只有在CPU处在RUN模式时才刷新 7 显示STL程序的状态可监视逐条指令编程的STL程序的执行状态 对于一个STL程序 STEP7 Micro WIN在屏幕上显示指令的状态 从编辑器窗口顶部的第一条STL语句开始 STEP7 Micro WIN的S7 200采集状态信息 当滚动编辑器窗口的屏幕时 新的信息从S7 200采集上来 STEP7 Micro WIN不断地刷新屏幕上的数值 要使屏幕刷新暂停 选择触发暂停按钮 当前值会保持在屏幕上 直到触发暂停按钮失效 7 2PLC的程序调试 8 为STL程序中显示的参数作配置可在STL指令中显示多种参数状态 在命令菜单中选择Tools Options 然后选择程序编辑器并点击STL状态标签页 在S7 200运行程序时 可使用状态图来显示和修改S7 200中的数据 如读 写 强制和监视变量数据 在命令菜单中选择View Component StatusChart来创建一个或多个状态图 STEP7 Micro WIN还提供工具条图标来对状态图进行操作 升序排列 降序排列 单次读 全部写 强制 全部强制 和读所有强制值 可选择该单元并单击鼠标右键会显示关联菜单 为单元选择不同的格式 7 2 5程序注释和归档注释和文档是程序质量的一个极其重要的部分 怎么强调也不为过 人的精力是有限的 记忆也是有时间性的 过了几天天就会忘记每次修改程序的原因 为什么要加这条指令 为什么要删除这个网络 让自己以后看自己以前编写的程序时都会很困惑 为确保日后维修的便利 要将试车无误可供实际运转的梯形图程序做批注 并加以整理归档 方能缩短日后维修与查阅程序之时间 这是职业工程师的良好习惯 无论对今后自己进行维护 或者移交用户 这都会带来极大的便利 而且是专业水准的一个体现 7 2PLC的程序调试 做到以下步骤 对所有程序理解与修改会有很大帮助的 1 把原有程序另存为一个新文档 在另存的程序上作修改 文件命名一个主要的程序名称 标注第几次修改 并加上修改的日期 最好是在文件名外加上简要的修改标题 例如 皮带监控程序5 2009 10 23增加煤仓皮带 2 记录修改的年月日 3 在日期下面记录修改程序的步骤 增加或是删除了哪些指令等 并在程序的编辑条注释中做记录 以备下次修改 4 详细记录修改程序的原因 所出现的故障现象是什么 故障是如何排除的 5 标注修改后所现用的程序全名 包括日期与简要的修改标题 6 把过时与现用的程序用过时文件夹与现用文件夹分开整理 按日期排列 7 2PLC的程序调试 7 2PLC的程序调试 这样每次所作的修改就有了详细的档案 便于以后的程序修改 现用的程序是标有最近日期的程序 这样的工作步骤同时也适用于电气图纸的修改 另外还要整理和编写技术文件 技术文件包括设计说明书 硬件原理图 安装接线图 电气元件明细表 PLC程序以及使用说明书等 7 3 1PLC故障 诊断的LED指示灯PLC的可靠性很高且本身有很完善的自诊断功能 如果PLC本身出现故障 借助PLC上具有诊断指示功能发光二极管亮灭和自诊断程序可以方便地找到故障的原因 PLC的前面板上设置了LED状态指示灯 系统的用户程序在执行过程中 一旦出现故障或异常 即可通过上述指示灯显示给操作人员 便于操作人员及时地发现并排除故障 S7 200提供了一个可以发红光 系统故障LED 或黄光 诊断LED 的LED SF DIAG 在用户程序的控制下 或在某些特定情况下 诊断LED都能点亮 这些情况包括 I O点或数据值被强制 或模块发生I O错误 例如 CPU226有三个状态指示灯 如图7 2所示 SF DIAG 系统故障 诊断的指示灯 当出现系统错误时点亮 红色 RUN 运行指示灯 绿色 连续点亮 STOP 停止指示灯 橙色 连续点亮 7 3系统的故障诊断 图7 2CPU226的故障指示灯 7 3系统的故障诊断 如果是SF DIAG亮黄灯 而且PLC可以与电脑通信 那么可能是I O被强制 模块发生I O错误 这都是小问题 处理方法 解除I O强制 重新连接本机 扩展I O模块 如果SF DIAG亮红灯 那么硬件故障的几率可能是90 以上 这种情况有 无论怎样拨动开关 RUN灯就是不亮 亮 状态不会改变 PLC无法和其它设备通信 这时需要将PLC送修 S7 200CPU的SF 系统故障 灯亮的原因分析 1 CPU运行错误或硬件元件损坏 输出电源因为过载烧毁而导致相关电路无法正常工作 带电拔插COM口连接电缆导致COM烧坏 相关电路无法正常工作 此时如果Micro WIN还能在线 则可在命令菜单中进入PLC Information在线查看 可看到具体的错误描述 2 程序中编程失误 如进入死循环 或编程造成扫描时间过长 看门狗 超时 非常频繁的写EEPROM导致EEPROM写入次数达到极限也会造成SF灯亮 3 CPU电源电压可能过低 请检查供电电压 输出电源 正极 与PLC输入相关电路非正常短接而导致相关电路损坏 电源电压 未接地等电源问题导致PLC相关电路损坏 PLC硬件元件有损坏 则需要厂家的技术支持 7 3 2常见故障 诊断方法与故障的处理系统工作过程中一旦发生故障 首先是要充分地了解故障 比如故障发生时的现象 故障的地点等等 然后再去分析故障产生的原因 并设法排除 7 3系统的故障诊断 对于PLC本身的故障 除了一把螺丝刀和一个万用电表外 并不需要特殊的工具 不需要示波器 高级精密电压表或特殊的测试程序 输入输出是PLC与外部设备进行信息交流的通道 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 保险丝等元件状态有关 出现输入故障时 首先检查电源指示器是否响应现场元件 如按钮 行程开关等 如果输入器件被激励 即现场元件已动作 而指示器不亮 则下一步就应检查输入端子的端电压是否达到正确的电压值 若电压值正确 则可替换输入模块 若一个LED逻辑指示器变暗 而且根据编程器件监视器 处理器未识别输入 则输入模块可能存在故障 如果替换的模块并未解决问题且连接正确 则可能是I O机架或通信电缆出了问题 出现输出故障时 首先应察看输出设备是否响应LED状态指示器 若输出触点通电 模块指示器变亮 输出设备不响应 那么 首先应检查保险丝或替换模块 若保险丝完好 替换的模块未能解决问题 则应检查现场接线 若根据编程设备监视器显示一个输出器被命令接通 但指示器关闭 则应替换模块在程序的编译和正常运行中产生的错误 CPU会产生一个错误代码 读出错误代码 参考附录C 后 其错误类型可参考控制器手册 然后根据错误类型查找和排除错误 CPU装置 I O扩展装置常见故障处理如表7 1 表7 2 表7 3所示 表7 1CPU常见故障处理 表7 2输入单元故障处理 续表 表7 3输出单元故障处理 续表 7 3 4故障自诊断和自处理程序大量的工程实践表明 PLC外部输入 输出设备的故障率远远高于PLC本身的故障率 而这些设备出现故障后 PLC一般不能觉察出来 可能使故障扩大 直至强电保护装置动作后才停机 有时甚至会造成设备和人身事故 停机后 查找故障也要花费很多时间 为了及时发现故障 在没有酿成事故之前使PLC自动停机和报警 也为了方便查找故障 提高维修效率 可用PLC程序实现故障的自诊断和自处理 现代的PLC拥有大量的软件资源 PLC有几千点辅助继电器 几百点定时器和计数器 有相当大的裕量 可以把这些资源利用起来 用于故障检测 1 故障查找 1 超时检测 机械设备在各工步的动作所需的时间一般是不变的 即使变化也不会太大 因此可以以这些时间为参考 在PLC发出输出信号 相应的外部执行机构开始动作时启动一个定时器定时 定时器的设定值比正常情况下该动作的持续时间长20 左右 例如设某执行机构 如电动机 在正常情况下运行50s后 它驱动的部件使限位开关动作 发出动作结束信号 若该执行机构的动作时间超过60s 即对应定时器的设定时间 PLC还没有接收到动作结束信号 定时器延时接通的常开触点发出故障信号 该信号停止正常的循环程序 启动报警和故障显示程序 使操作人员和维修人员能迅速判别故障的种类 及时采取排除故障的措施 7 3系统的故障诊断 7 3系统的故障诊断 2 逻辑错误检测 在系统正常运行时 PLC的输入 输出信号和内部的信号 如辅助继电器的状态 相互之间存在确定的关系 如出现异常的逻辑信号 则说明出现了故障 因此 可以编制一些常见故障的异常逻辑关系 一旦异常逻辑关系为ON状态 就应按故障处理 例如某机械运动过程中先后有两个限位开关动作 这两个信号不会同时为ON状态 若它们同时为ON 说明至少有一个限位开关被卡死 应停机进行处理 2 故障显示 1 设计时可使每一个故障点均有信号表示 优点是直观便于检查 缺点是程序复杂且输出单元占用较多 投资较大 2 设计时也可将所有故障点均由一个信号表示 优点是节约成本 减少了对输出单元的占有 缺点是具体故障回路不能直接判断出 3 设计时还可将性质类似的一组故障点设成一个输出信号表示 以上三种方案各有利弊 在条件允许 并且每个回路均很重要 要求必须快速准确判断出故障点时采用第一种方案较好 一般情况下采用第三种方案比较好 由于故障分类报警显示 就可直接判断出故障性质 知道会对设备或工业过程造成何种影响 可立即采取相应措施加以处理 同时再结合其它 现象 因素 另一组或几组报警条件将具体故障点从此类中划分出来 整个PLC内部程序 外部输出点及接线增加不多 性能价格比较高 3 输入 输出故障的排除一般PLC均有LED指示灯可以帮助检查故障是否由外部设备引起 不论在模拟调试还是实际应用中 若系统某回路不能按照要求动作 首先应检查PLC输入开关电接触点是否可靠 一般可通过查看输入LED指示灯或直接测量输入端 若输入信号未能传到PLC 则应去检查输入对应的外部回路 若输入信号已经采集到 则再看PLC是否有相应输出指示 若没有 则是内部程序问题或输出LED指示灯问题 若输出信号已确信发出 则应去检查外部输出回路 从PLC输出往后检查 在输出回路中 由于短路或其它原因造成PLC输出点在内部粘滞 只需将其接线换至另一予留的空接线点上 同时修改相应程序 将原输出标号改为新地址号即可 7 3系统的故障诊断 PLC在实际应用中常碰到这样两个问题 一是PLC的I O点数不够 需要扩展 然而增加I O点数将提高成本 二是已选定的PLC可扩展的I O点数有限 无法再增加 因此 在满足系统控制要求的前提下 合理使用I O点数 尽量减少所需的I O点数是很有意义的 下面将介绍几种常用的减少I O点数的措施 7 4 1减少输入点数的措施1 分组输入自动程序和手动程序不会同时执行 自动和手动这两种工作方式使用的输入量可以分成两组输入 如图7 3所示 I1 0用来输入自动 手动命令信号 供自动程序和手动程序切换之用 图中的二极管用来切断寄生电路 假设图中没有二极管 系统处于自动状态 Sl S2 S3闭合 S4断开 这时电流从L 端子流出 经S3 S1形成的寄生回路流入I0 1端子 使输入位I0 1错误地变为ON 各开关串联了二极管后 切断了寄生回路 避免了错误输入的产生 7 4节省I O点的几种方法 2 矩阵输入如图7 4所示为3 3矩阵输入电路 用PLC的三个输出点Q0 0 Q0 1 Q0 2和三个输入点I0 0 I0 1 I0 2来实现9个开关量输入设备的输入 当Q0 0 Q0 1 Q0 2轮流导通 则输入端I0 0 I0 1 I0 2也轮流得到不同的三组输入设备的状态 这种矩阵输入在单片机系统中非常普遍 当Q0 0接通时 如果K1闭合 则电流从I0端流出 经过V1 K1 Q0 0端 再经过Q0 0的触点 从输出公共端COM流出 最后流回输入COM端 从而使输入继电器I0 0接通 在梯形图程序中应该用Q0 0常开触点和I0 0常开触点的串联 来表示K1提供的输入信号 图中二极管也是起切断寄生回路的作用 由于矩阵输入的信号是分时被读入PLC 所以读入的输入信号为一系列断续的脉冲信号 在使用时应注意这个问题 另外 应保证输入信号的宽度要大于Q0 0 Q0 1 Q0 2轮流导通一遍的时间 否则可能会丢失输入信号 7 4节省I O点的几种方法 图7 4矩阵输入 7 4节省I O点的几种方法 7 4节省I O点的几种方法 3 组合输入 a 硬件连接图b 梯形图程序 图7 5组合输入 对于不会同时接通的输入信号 可采用组合编码的方式输入 如图7 5所示 三个输入信号K1 K2 K3只要占用两个输入点 再通过所示程序的译码 又还原成与Q1 Q2 Q3对应的M0 0 M0 1 M0 2三个信号 采用这种方法应特别注意要保证各输入开关信号不会同时接通 4 输入触点合并如果某些外部输入信号总是以某种 与或非 组合的整体形式出现在梯形图中 可以将它们对应的触点在PLC外部串 并联后作为一个整体输入PLC 只占PLC的一个输入点 如果是几个常闭触点 则串联输入 如果是几个常开触点 则并联输入 例如 某负载可在多处起动和停止 可以将3个起动信号并联 将3个停止信号串联 分别送给PLC的两个输入点 如图7 6所示 与每一个起动信号和停止信号各占用一个输入点的方法相比 不仅节约了输入点 还简化了梯形图电路 一般多点操作的起动停止按钮 保护 报警信号可采用这种方式 7 4节省I O点的几种方法 7 4节省I O点的几种方法 图7 6输入触点合并 5 某些信号可不进PLC而设置在PLC之外系统的某些输入信号 功能简单 涉及面很窄 如手动操作按钮复位后电动机热继电器FR常闭触点提供的信号 有时就没有必要作为PLC的输入 可以设置在PLC外部的硬件电路中同样可以满足要求 如图7 7所示 7 4节省I O点的几种方法 图7 7信号设置在PLC之外 7 4节省I O点的几种方法 某些手动按钮需要串接一些安全连锁触点 如果外部硬件连锁电路过于复杂 则应考虑仍将有关信号送入PLC 用梯形图实现连锁 使用硬件编码 PLC内部软件译码的方式 如图7 8所示 图7 8编码输入方式 外部电路图与内部译码梯形图 7 4 2减少输出点数的措施1 矩阵输出如图7 9所示采用8个输出组成4 4矩阵 可接16个输出设备 负载 要使某个负载接通工作 只要控制它所在的行与列对应的输出继电器接通即可 例如 要使负载KM1得电工作 必须控制Q0 0和Q0 4输出接通 7 4节省I O点的几种方法 图7 9矩阵输出 应该特别注意 当只有某一行对应的输出继电器接通 各列对应的输出继电器才可任意接通 或者当只有某一列对应的输出继电器接通 各行对应的输出继电器才可任意接通 否则将会出现错误接通负载 因此 采用矩阵输出时 必须要将同一时间段接通的负载安排在同一行或同一列中 否则无法控制 2 分组输出当两组输出设备或负载不会同时工作 可通过外部转换开关或通过受PLC控制的电器触点进行切换 所以PLC的每个输出点可以控制两个不同时工作的负载 如图7 10所示 KM1 KM3 KM5与KM2 KM4 KM6两组不会同时接通 用转换开关SA进行切换 3 并联输出当两个通断状态完全相同的负载 可并联后共用PLC的一个输出点 通过外部的或PLC控制的转换开关的切换 一个输出点可以控制两个或多个不同时工作的负载 但要注意PLC输出点同时驱动多个负载时 应考虑PLC输出点的驱动能力是否足够 7 4节省I O点的几种方法 图7 10分组输出 3 并联输出当两个通断状态完全相同的负载 可并联后共用PLC的一个输出点 通过外部的或PLC控制的转换开关的切换 一个输出点可以控制两个或多个不同时工作的负载 但要注意PLC输出点同时驱动多个负载时 应考虑PLC输出点的驱动能力是否足够 4 输出设备多功能化利用PLC的逻辑处理功能 一个输出设备可实现多种用途 例如在继电器系统中 一个指示灯指示一种状态 而在PLC系统中 很容易实现用一个输出点控制指示灯的常亮和闪烁 这样一个指示灯就可指示两种状态 既节省了指示灯 又减少了输出点数 与外部元件的触点配合 可以用一个输出点控制两个或多个有不同要求的负载 用一个输出点控制指示灯常亮或闪烁 可以显示两种不同的信息 系统中某些相对独立或比较简单的部分可以不用PLC 直接用继电器电路来控制 5 减少数字显示所需输出点数的方法如果直接用数字量输出点来控制多位LED7段显示器 所需的输出点是很多的 在如图7 11所示电路中 用具有锁存 译码 驱动功能的芯片CD4513驱动共阴极LED7段显示器 N个显示器占用的输出点数 P 4 N 7 4节省I O点的几种方法 7 4节省I O点的几种方法 图7 11PLC控制的数字显示电路 以上一些常用的减少I O点数的措施 仅供参考 实际应用中应该根据具体情况 灵活使用 同时应该注意不要过份去减少PLC的I O点数 而使外部附加电路变得复杂 从而影响系统的可靠性 可编程序控制器的每一个I O点的平均价格高达数十元 减少所需I O点数是降低系统硬件费用的主要措施 6 软件编码和硬件译码 扩展输出点利用同样的方法可以实现译码输出 从而扩展输出点 在控制系统输出信号较多的情况下 可以通过PLC的内部程序对输出信号进行编码 然后通过硬件译码器进行译码 驱动负载工作 这可以大大的减少对输出点的占用 PLC的外部接线如所示 采用3线 8线译码器74LS138 此时 同样存在电平匹配的问题 即PLC的直流模块典型输出为 24V 而信号电路的工作电压一般为 5V 因此 有时同样需要增加电平转换电路以及功率放大电路以驱动负载工作 同时还要为74LS138提供 5V电源 7 4节省I O点的几种方法 图7 12硬件译码扩展输出点 如以令Q2为1为例 说明PLC内部软件的编码方法 由74LS138的功能表可知 若要使输出Q2为1 应该使Y2输出为0 即对应的ABC应该为010 从而得到只要让PLC的Q0 0 Q0 1 Q0 2分别为0 1 0即可 对应的STL编码程序如下 其中M1 2为置位输出Q2的条件 7 4节省I O点的几种方法 LDM1 2SQ0 0 1RQ0 1 1SQ0 2 1这样 只需对Q0 0 Q0 1 Q0 2进行组合就可以实现对输出Q0 Q7分别置为1 本方法存在一个明显的缺点 即每一个扫描周期只能输出八种状态中的一种 若要同时置位输出Q0和Q1是不能实现的 7 键盘和数码显示器的经济替代 TD400C文本显示器TD400C文本显示 TD 设备是TD200 已淘汰 的升级产品 可以查看 监视和更改应用程序固有的过程变量 具有2行 大字体 或4行 小字体 的文本显示设备 分辨率为192 64 可以与S7 200系列CPU连接 TD400通过TD CPU电缆从S7 200CPU获得供电 或者也可由单独电源供电 如图7 13所示 7 4节省I O点的几种方法 图7 13TD400C文本显示器正面和侧面外观图 如图7 14所示给出了连接编程设备 S7 200CPU和TD400C的实例 TD400C的组态是在编程设备上使用组态软件来创建的 在组态后 TD400C即可与S7 200CPU进行通信 TD配置页面中 用户可以实现变量设定 参数修改 数据输出和显示 定时功能及报警设定等 用户菜单共有8列 每列可以设置8个屏幕 一共可以设置64个页面 屏幕 TD400C可以使用TD CPU电缆与S7 200CPU通信 可以将TD400C直接连接到S7 200CPU 从而建立一对一网络组态 在这种组态中一个TD400C通过TD CPU连接到一个S7 200CPU 另外通过网络 可以将多个TD400C连接到多个S7 200CPU 如图7 15所示 7 4节省I O点的几种方法 图7 15TD400C与S7 200CPU一对一和多点之间连接示意图 如果在同一个网络中 使用多台TD400C设备 则每个设备都必须使用不同的网络地址 如果在网络中有多个CPU 则组态TD400C与每个设备的不同地址进行通讯 7 5 1停车按钮使用常闭型由于PLC在运行程序判别触点通断状态时 只取决于其内存中输入继电器线圈的状态 并不直接识别外部设备 因此编程时 外部设备的选用与程序中的触点类型密切相关 这是一个在对照电气控制原理图进行PLC编程时易出现的问题 最典型的例子是基本控制 起保停控制 中的停车控制 图7 16 起保停控制 电气原理图 如图7 16所示 为 起保停控制 电气原理图 在该系统中 按钮SB0用于停车控制 因此使用其常闭触点串联于控制线路 SBl为起动按钮 使用其常开触点 若使用相同的设备 即停车SB0用常闭触点 起动SBl用常开触点 利用PLC进行该控制 则需编程梯形图程序 如图7 17所示 7 5停车按钮类型 图7 17 起保停控制 梯形图程序 停车按钮使用常闭触点 I O分配 SB0 I0 1 SBl I0 0 输出Q0 0该梯形图中停车信号I0 1使用的是常开触点串联在控制线路中 这是因为外部停车设备选取按钮常闭触点所致 不操作该按钮 则输出Q0 0正常接通 若按下该按钮 输出Q0 0断电 7 5 2停车按钮使用常开型若希望编制出符合我们平时阅读习惯的梯形图程序 如图7 18所示 则在选用外部停车设备时需使用按钮SB0的常开触点与I0 0相连 7 5停车按钮类型 I O分配 SB0 I0 1 SBl I0 0 输出Q0 0 图7 17 图7 18梯形图完成相同的控制功能 程序中停车信号I0 1使用的触点类型却不相同 其原因就是连接在输入继电器I0 1上的外部停车按钮触点类型选用不同 图7 18所示梯形图程序更加符合我们的阅读习惯 也更易分析其逻辑控制功能 因此在PLC构成控制系统中 外部开关 按钮无论用于起动还是停车 一般都选用常开型 这是一个在使用PLC时需要格外注意的问题 图7 18 起保停控制 梯形图程序 停车按钮使用常开触点 7 5停车按钮类型 PLC的输出类型有继电器和晶体管两种类型 两者的工作参数差别较大 使用前需加以区别 以免误用而导致产品损坏 7 6 1继电器和晶体管输出工作原理继电器是一种电子控制器件 它具有控制系统 又称输入回路 和被控制系统 又称输出回路 通常应用于自动控制电路中 它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种 自动开关 电磁式继电器一般由铁芯 线圈 衔铁 触点簧片等组成的 只要在线圈两端加上一定的电压 线圈中就会流过一定的电流 从而产生电磁效应 衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯 从而带动衔铁的动触点与静触点 常开触点 吸合 当线圈断电后 电磁的吸力也随之消失 衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置 使动触点与原来的静触点 常闭触点 吸合 这样吸合 释放 从而达到了在电路中的导通 切断的目的 从继电器的工作原理可以看出 它是一种机电元件 通过机械动作来实现触点的通断 是有触点元件 7 6PLC输出类型的选择及使用中的注意事项 7 6 2继电器与晶体管输出的主要差别由于继电器与晶体管工作原理的不同 导致了两者的工作参数存在了较大的差异 1 驱动负载不同 继电器型可接交流220V或直流24V负载 没有极性要求 晶体管型只能接直流24V负载 有极性要求 继电器的负载电流比较大可以达到2A 晶体管负载电流为0 2 0 3A 同时与负载类型有关 2 响应时间不同 继电器响应时间比较慢 约10 20ms 晶体管响应时间比较快 约0 2 0 5ms Y0 Y1甚至可以达到10us 3 使用寿命不同 继电器由于是机械元件受到动作次数的寿命限制 且与负载容量有关 随着负载容量的增加 触点寿命几乎按级数减少 晶体管是电子原件