西门子PLCS7-200 第十章

2020/5/27,机械工业出版社,Page1,第10章PLC的安装与维修,当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈或者安装使用不当时，就可能造成PLC程序错误或运算错误。为确保其控制系统的稳定可靠，需严格注意可编程控制器的安装，并采取必要的抗干扰措施。而当PLC出现故障时，了解PLC的维修也是非常必要的。本章各节内容要点如下。PLC的安装环境、安装的注意事项以及如何安装和拆除S7-200。同时介绍在安装时遇到的接线、抑制电路及抗干扰措施等问题。PLC的维护、故障分析和处理以及故障信息诊断。PLC系统设计完成之后的如何进行调试。S7-200PLC运行中出现故障时的检查流程。,2020/5/27,机械工业出版社,Page2,10.1PLC的安装环境,为保证PLC工作的可靠性，尽可能地延长其使用寿命，在安装时一定要注意周围的环境，其安装场合应该满足以下几点。环境温度应在055范围内，相对湿度应在35%85%范围内。周围无易燃和腐蚀性气体、无过量的灰尘和金属微粒等。避免过度的震动或冲击。不能受太阳光的直射或水的溅射。PLC的所有单元必须在断电时安装。为防止静电对PLC组件的影响，在接触PLC前，应先用手接触某一接地的金属物体，以释放人体所带的静电。注意PLC机体周围的通风和散热条件，切勿将导线头、铁屑等杂物通过通风窗落入机体内。,2020/5/27,机械工业出版社,Page3,10.2S7-200安装注意事项,具体安装S7-200时需要注意以下问题。避免S7-200设备受热和受到高电压与电噪声的干扰。布置系统设备的常规原则是始终将产生高压和高电噪声的设备与低压、逻辑类型的设备（比如S7-200、断路器等）分开。在配置S7-200面板的内部布局时，要考虑到发热设备，将电气类型设备放在机柜的较冷区域中。在面板中设备布线的线路，要避免使用AC电力配线和高能量，快速装换的DC配线将低压导线和通讯电缆放在同一个托盘中。S7-200设备设计成自然对流冷却，要正确冷却，在设备上方和下方必须提供至少25毫米的间隙，而且需要至少75毫米的深度。规划S7-200系统的布局时，为配线和通讯电缆连接留出足够的间隙。为配置S7-200系统布局时有附加的灵活性，可使用I/O扩展电缆。,2020/5/27,机械工业出版社,Page4,10.3安装或拆除S7-200,S7-200可以安装在面板或标准DIN横杆上（如图10-1所示），S7-200的方向可以为水平或垂直。对于垂直安装，允许的最高环境温度降低10，将S7-200CPU安装在任何扩展模块下方。,10-1S7-200的安装,2020/5/27,机械工业出版社,Page5,10.3.1先决条件,安装或拆除任何电气设备之前，确保已经断开该设备的电源，还要确保已经断开任何相关设备的电源。在带电情况下试图安装或拆除S7-200或相关设备可能会导致电击或设备运行出现故障，甚至会损坏设备，或者会导致人员严重受伤或死亡。安装或拆除任何电气设备时，始终确保S7-200使用正确的模块或等同的设备。如果安装错误的模块，S7-200的程序会不可预测的运行或损坏设备，或导致人员严重受伤或死亡。使用相同的型号来更换S7-200设备时，还要确保方向和位置正确。,2020/5/27,机械工业出版社,Page6,10.3.2安装尺寸,S7-200CPU和扩展模块均有安装孔，以帮助安装到面板上，安装形式如图10-2所示，表10-1所示为S7-200CPU的安装尺寸。,图10-2S7-200CPU的安装形式,2020/5/27,机械工业出版社,Page7,表10-1S7-200CPU的安装尺寸,2020/5/27,机械工业出版社,Page8,10.3.3安装CPU和扩展模块,安装S7-200和扩展模块步骤如下所述。1.面板安装定位、钻孔和撬开安装孔（M4或美国标准号8），使用图8-2中的尺寸。使用适合的螺丝将模块固定在面板上。如果使用扩展模块，将扩展模块带状电缆连接到访问门下面的扩展端口连接器中2.标准DIN横杆安装每隔75毫米将横杆固定在安装面板上。打开DIN夹片（位于模块底部）并将模块背面挂到DIN横杆上。如果使用扩展模块，将扩展模块带状电缆连接到访问门下面的扩展端口连接器上，向下旋转模块至DIN模板，合上夹片。仔细检查夹片是否将模块牢固的栓在横杆上，为了避免损坏模块，夹片安在安装孔的突起上，而不要直接安在模块的前端。如果S7-200用于高震动电位环境中或垂直安装S7-200，使用DIN横杆十分有用。,2020/5/27,机械工业出版社,Page9,10.3.4拆除CPU和扩展模块,拆除S7-200和扩展模块步骤如下所述。从S7-200拆除电源断开连接到模块的所有配线和电缆，大部分S7-200CPU和扩展模块具有可移动的连接器，以使得此工作更容易。如果有扩展模块连接到正在拆除的单元上，打开访问门，将扩展模块带状电缆从邻近的模块断开。旋下安装螺丝或打开DIN夹片，拆除模块。,2020/5/27,机械工业出版社,Page10,10.3.5安装和拆除接线盒连接器,安装连接器的步骤如下所述。打开连接器门。将连接器与单元上的插针对齐，在连接器底部边缘内对齐连接器的导线边缘。按下并旋转连接器，直到其啮合到位置中，仔细检查以确保连接器正确对齐并完全啮合。拆除连接器的步骤如下所述。打开连接器门来访问连接器。在连接器中间的槽口中插入小的螺丝起子。从S7-200外壳撬开螺丝起子，删除终端连接器。,2020/5/27,机械工业出版社,Page11,10.4PLC的接线,PLC的接线主要包括电源接线、接地、其他部分接线（包括I/O接线、扩展模块接线及对转换单元接线等）。动力线、控制线及PLC的电源线和I/O线应该分别配线，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，如必须在同一线槽内，分开捆扎交流线、直流线，若条件允许，最好分槽走线，这不仅能使其有尽可能大的空间距离，并能将干扰降到最低限度，如图10-3所示。,图10-3在同一电缆沟内铺设I/O接线和动力电缆,2020/5/27,机械工业出版社,Page12,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在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线（二者之间距离应大于200mm），如图10-4所示。,图10-4PLC安装位置与动力线的距离,2020/5/27,机械工业出版社,Page13,10.5抑制电路,安装带抑制电路的感应负载以便在控制输出断开时限制电压上升。抑制电路保护输出不因高感应开关电流而过早发生故障。此外，抑制电路在切换感应负载时限制产生的电气噪声。抑制电路的效果取决于应用情况，并且必须为特定用途进行检验，始终确保抑制电路中使用的所有组件都达到应用中使用的等级。1.用于DC负载的抑制电路图10-5是DC负载的抑制电路。在大部分应用中，在感应负载上并联一个二极管（A）就够，如果在应用中需要更快的断开时间，那么建议串联稳压二极管（B），确保正确调整稳压二极管的大小，以适合输出电路中的电流量。2.用于AC负载的抑制电路图10-6是AC负载的抑制电路，使用继电器或AC输出来转换115V/230VAC负载时，如图10-6所示布置电阻器/电容器网络，与AC负载并联。也可以使用金属氧化物变阻器（MOV）来限制峰值电压。确保MOV的工作电压至少高处额定线路电压20%。,图10-5DC负载的抑制电路,图10-6AC负载的抑制电路,2020/5/27,机械工业出版社,Page14,10.6抗干扰措施,PLC系统可能会受到电网的干扰，接地系统的电磁干扰及变频器的干扰，针对这些情况，应采取以下防干扰措施。1.电源的合理处理，抑制电网的干扰对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路。2.正确选择接地点，完善接地系统PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内又会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。,2020/5/27,机械工业出版社,Page15,10.6抗干扰措施,3.对变频器干扰的抑制对变频器干扰的处理一般有下面几种方式。加隔离变压器，主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。使用滤波器，滤波器具有较强的抗干扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。使用输出电抗器，在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在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。,2020/5/27,机械工业出版社,Page16,10.7PLC的维护,PLC的维护可分为：日常维护、预防性维护和故障维护。日常维护和预防维护是在系统未发生故障之前所进行的各种维护工作。故障维护发生在故障产生以后，往往已造成系统部分功能失灵并对生产造成不良影响；预防性维护是在系统正常运行时，对系统进行有计划的定期维护，及时掌握系统运行状态、消除系统故障隐患、保证系统长期稳定可靠地运行；因此日常维护、预防性维护能够有效地防止PLC突发故障的产生，避免不必要的经济损失。对于PLC系统的维护工作，关键是要做到预防第一，作为系统维护人员应根据系统配置和生产设备控制情况，制定科学、合理、可行的维护策略和方式方法，做到预防性维护、日常维护紧密配合，进行系统的、有计划的、定期的维护，保证系统在要求的环境下长期良好地运行，使生产过程控制平稳、运行稳定，为实现生产和效益的目标，提供可靠保证。下表为PLC的维护内容,2020/5/27,机械工业出版社,Page17,2020/5/27,机械工业出版社,Page18,10.7.1PLC系统输入部分和输出部分常见故障,输入部分的常见故障、产生原因和处理建议如表所示。,2020/5/27,机械工业出版社,Page19,10.7.1PLC系统输入部分和输出部分常见故障,输出部分的常见故障、产生原因和处理建议如表10-5所示,2020/5/27,机械工业出版社,Page20,10.8PLC应用系统的调试,1系统调试时，应首先按要求将电源、I/O端子等外部接线连接好，然后将已经编写好的梯形图送入PLC，并使其处于监控或运行状态系统。调试流程如图10-8所示,2020/5/27,机械工业出版社,Page21,10.8PLC应用系统的调试,2.对每个现场信号和控制量作单独测试对于一个系统来说，现场信号和控制量一般不止一个，但可以人为地使各个现场信号和控制量一个一个单独满足要求。当一个现场信号和控制量满足要求时，观察PLC输出端和相应的外部设备的运行情况是否符合系统要求。如果出现不符合系统要求的情况，可以先检查外部接线是否正确，当接线准确时再检查程序，修改控制程序中的不当之处，直到对每一个现场信号和控制量单独作用时，都满足系统要求时为止。3.对现场信号和控制量作模拟组合测试通过现场信号和控制量的不同组合来调试系统，也就是认为的使两个或多个现场信号和控制量同时满足要求，然后观察PLC输出端以及外部设备的运行情况是否满足系统的控制要求。一旦出现问题（基本上属于程序问题），应仔细检查程序并加以修改，直到满足系统要求为止。,2020/5/27,机械工业出版社,Page22,10.8PLC应用系统的调试,4.整个系统综合调试整个系统的综合调试是对现场信号和控制量按实际要求进行模拟运行，以观察整个系统的运行状态和性能是否符合系统的控制要求。若控制规律不符合要求，绝大多数是因为控制程序有问题，应仔细检查并修改控制程序。若性能指标不满足要求，应该从硬件和软件两个方面加以分析，找出解决方法，调整硬件或软件，使系统达到控制要求。,2020/5/27,机械工业出版社,Page23,10.9PLC故障检查实例,下面以西门子S7-200系列PLC为例，介绍PLC运行中出现故障时的检查流程。1.总体检查总体检查用于判断故障的大致范围，为进一步详细检查做前期准备，如图10-9所示。2.电源检查如果在总体检查中发现电源指示灯不亮，则需要进行电源检查，如图10-10所示。3.致命错误检查当PLC发生致命错误时，PLC将停止运行，所有输出都将断开。对于电源中断错误，CPU模块面板上的全部指示灯都暗。对于其他的致命错误，CPU面板上的POWER指示灯和错误/报警（ERR/ALM）指示灯亮，RUN指示灯暗。按照图10-11所示的流程检查系统错误。4.非致命错误检查当PLC发生非致命错误时，CPU模块面板上的电源指示灯和运行指示灯仍然保持亮，而ERR/ALM指示灯闪烁。虽然此时的PLC会继续运行，但仍需要继续纠正错误并清除错误，可在必要时停止PLC操作，以排除某些非致命错误。检查流程如图10-12所示。5.I/O检查I/O检查是以梯形图为基础的，检查流程如图10-13所示,2020/5/27,机械工业出版社,Page24,2020/5/27,机械工业出版社,Page25,2020/5/27,机械工业出版社,Page26,2020/5/27,机械工业出版社,Page27,6.环境条件检查影响PLC工作的环境因素主要有温度、湿度和噪声等，各种因素对PLC的影响是独立的，参考性的环境条件检查流程图如图10-14所示,2020/5/27,机械工业出版社,Page28,10.10实践知识拓展,PLC如何实现运行环境的保证因为PLC为精密电子产品，自动化控制的系统是要求长时间不间断运行，因此PLC的运行环境要求极高，要防尘、防火、防水、防高温、防雷电，因此电气控制室一般都安排在具有双层玻璃的、安装有水式制冷空调的二楼，电控室的温度一般控制在28左右；对于防尘则是将PLC安装在1m2.2m0.6m的带锁前面板为玻璃门的控制柜中，此柜上部安装有防尘罩的抽风系统进行柜内降温。如何做好PLC的日常工作日常准备工作：首要的是熟悉工艺流程，其次是对PLC各种模块的说明资料的熟悉，再次是现场布局的了解，最后是确保自己的各种检测工具要完好无误。日常点检工作：定期进行CPU的电池的电压检测，正常情况下为3V，定期对构成PLC系统的相关设备的点检和维护，如UPS定期维护，利用停机时机，对PLC各控制柜进行人工除尘、降温，PLC程序的定期人工备份和电池备份及各相关坏器件的更换等工作。,2020/5/27,机械工业出版社,Page29,10.10实践知识拓展,PLC故障诊断的总法则是什么对于PLC系统的故障检测法：一摸、二看、三闻、四听、五按迹寻踪法、六替换法。一摸，查CPU的温度高不高，CPU正常运行温度不超过60，因此手能接受的温度为人体温度3738，手感为宜；二看，看各板上的各模块指示灯是否正常；三闻，闻有没有异味，电子元器件或线缆有无烧毁；四听，听有无异动，螺丝钉松动、继电器工作正常与否，听现场工作人员的反映情况；五出现故障根据图纸和工艺流程来寻找故障所在地六对不确定的部位进行部件替换法来确定故障。PLC系统的故障诊断与维修分析的基本方法是什么PLC系统的硬件特点是模块少、整体结构简单，用户一般无需调整，硬件的可靠性较高。系统硬件故障时，通常情况下，需要对模块进行检测与维修，且应具备一定的测试条件、工装和相应的维修器件。因此，现场维修时，一般只要求能够根据模块的功能结合故障现象，判断、查找出发生故障的模块，进行备件替换。当CPU或存储器等模块更换后，还需要重新进行数据的输入和系统的初始化调整，使系统恢复正常工作。