西門子PLC故障分析及屏蔽防護

趙晨

[摘 要]現如今，PLC已從傳統的接線控制邏輯提升到了存儲控制邏輯，這一變革使其功能水平得到了極大地提高；而邏輯控制系統向數字控制系統轉變的實現則使其功能更加靈活、強大；從單體設備簡單控制到可以承擔運動控制、過程控制以及集散控制等多種不同任務的跨越，可以更好地適應工業控制不同規模的需要。功能水平的提高也使得PLC的應用領域逐漸擴大。但是西門子PLC在使用的過程中難免會出現一些故障，在分析西門子PLC特點的基礎上對西門子PLC的故障排除進行分析闡述。

[關鍵詞]西門子PLC；故障分析；屏蔽防護

中圖分類號：TN943 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）39-0397-01

1 西門子PLC的結構及特點

西門子PLC可編程控制器主要CPU模塊、模擬量與數字量的輸入輸出模塊、電源模塊、通信模塊、編程設備以及接口模塊六大部分組成。CPU模塊主要是通過用戶所使用的編制程序來進行信號的收集，并通過其本身的微處理器和存儲器來執行不同的程序操作及數據要求；模擬量與數字量的輸入輸出模塊主要由按鈕、電位器、發電機、開關和變送器通過對模擬量以及數字信號進行輸入，從而使數字輸出模塊更有效的控制警報設置、閥門以及接觸器等；電源模塊是將正常情況下的220V交流電通過設備變成24V的直流電，為背板的總線提供低電壓直流電；通信模塊主要是通過對I/O接口以及計算機設備之間的通信控制，為處理系統提供PLC的具體信息。編程設備主要是通過STEP7軟件對程序編寫進行上、下載；接口模塊主要通過對PLC容量的擴展來為其提供可用電源。西門子PLC主要有三大特點，分別是：安裝與布線、穩定性好以及I/O接線。西門子PLC的安裝與布線特點主要是使用雙膠線將變壓器進行隔離并與PLC進行連接，其重要注意控制線、動力線以及I/O線進行分開配線，且輸入與輸出線不能接觸，模擬量與開關也應分開設置，不能將輸出線原理高壓線與動力線產生并行，直流和交流的輸出線在不同的電纜內。西門子PLC穩定性能較好，且抗干擾能力也較強，使用也較為方便并且維護較為容易，在升級改造方面也比較簡單，因此可靠性較高。西門子PLC的I/O接線，因有其獨特的接線方式，可以使感性負載進行合理的選擇，并將輸入輸出線接在不同的電纜上面，梯形圖的設置與繼電器的原理也進行相結合，使其在同一個系統中的電壓輸出值相同。

2 西門子PLC故障分析

第一，西門子PLC有著嚴格的工作環境要求，溫度濕度和電源電壓，空氣流動都會導致其運行故障。西門子PLC的正常工作環境溫度應該控制在0—55°之間，過熱的溫度就會導致設備異常，加之有些工廠的密閉性要求，通風較少的環境下更容易引發設備出現故障。濕度要求在85%以內，在工廠的實際操作環境中，很難保證濕度的穩定，特別是針對于化工和石油工廠，其濕度經常超范圍。在工廠的生產過程中，震動是必不可少的情況，PLC設備屬于精度高的設備，在震動強烈的環境下容易產生共振，對設備的穩定性和精確性造成一定的影響。最后是空氣影響，在化工產業的工廠中，空氣中極易存在粉塵，對電路板造成腐蝕現象，直接導致PLC設備的失靈甚至保費。第二，相比環境干擾，電磁干擾會直接從本質上對西門子PLC造成影響，嚴重者可以導致其工作程序紊亂，錯誤頻發。這些問題一般都是集中在差模干擾和工模干擾當中。西門子PLC的供電模式是電網供電，但那是電網的對于電磁干擾非常敏感，對電壓產生影響，從而影響了PLC的工作狀態。在變頻器的啟動過程中會遇到諧波干擾，讓電壓發生畸變，隨著強烈的電磁干擾，讓設備的穩定性大大下降。

3 西門子PLC故障的屏蔽防護

第一，做好西門子PLC控制柜的防護，在西門子PLC控制柜的外殼、柜體等金屬構件上加強接地防護，接地電阻要控制在2Ω的范圍內。第二，為避免西門子PLC在運行的過程中受到強電電源電磁波信號的干擾，應當加強對于西門子PLC強電電源的防護處理。對于西門子PLC的供電多采用的是220V的供電電壓，其在供電時如受到空間電磁干擾會在供電線路上形成感應電壓和感應電流，從而在西門子PLC的供電端產生電壓缺口或是尖峰從而影響西門子PLC的正常運行。做好西門子PLC的電源防護應當做好西門子PLC的接地，此外，通過加強對于強電電源的屏蔽防護以減少其在工作中所產生的強電磁輻射對西門子PLC供電的影響。對于西門子PLC中的I/O模塊其主要采用的是24VDC供電，為做好西門子PLC中的I/O模塊的電磁防護應當增加隔離變壓器的方式來抑制外界電磁信號對其所造成的干擾，對于供電電源需要通過整流橋來抑制其中的雜波從而使的西門子PLC中的I/O模塊能夠獲得穩定的直流供電。第三，西門子PLC中的輸入信號線多且復雜，為避免周邊電網所產生的電磁干擾對西門子PLC中的信號線造成影響從而導致西門子PLC出現死機故障，應當對于西門子PLC中的數字和模擬I/O信號分別建立相獨立的屏蔽，從而有效的改善線纜的屏蔽能力及抗噪性，此外，對于西門子PLC中的數字量和模擬量的輸入信號線在布線時應當將兩者保持在10cm左右的間距分別布置在線槽中。第四，做好西門子PLC的接地是做好西門子PLC干擾防護的重要一環，做好西門子PLC控制系統的接地防護需要從接地系統、屏蔽接地、交流保護地等多個方面入手，做好西門子PLC的接地防護能夠有效的降低西門子PLC在運行中所受到的電磁干擾，此外，在西門子PLC的電纜屏蔽接地中，應當采用一端接地的方式而不是線纜屏蔽層兩端分別接地的方式，采用一端接地的方式主要是為了避免出現兩端接地點之間出現地電位差，當線纜兩端屏蔽接地端存在著地電位差時將會使得屏蔽層中存在著電流，而當兩端處于異常狀態時存在與屏蔽層中的接地電流將會對線纜中所傳輸的數據造成極大的影響，嚴重的會導致線纜中所傳輸的信號的丟失，從而導致西門子PLC死機故障的發生。此外，在西門子PLC控制系統的接地防護中應當將單獨設置，避免將西門子PLC控制系統的接地與其他強電設備的接地混合在一起，如將西門子PLC控制系統的接地系統與強電設備的接地連接在一起，如在接地線中存在地環流將會導致環形接地線中存在著電位差進而會對西門子PLC的運行造影響并極有可能會導致西門子PLC死機故障的發生，為避免這一問題應當對西門子PLC控制系統進行單獨接地。

參考文獻

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