淺析西門子PLC在工廠應用中的常見問題及應對

安太玉

摘? ?要：西門子PLC是我國當前生產生活中最常見的可編程操控器之一，它改變了過去的接線邏輯，形式上也結合了信息化、微電子等新技術，強大的控制功能使得西門子PLC技術被大量企業、工廠所引進。由于工廠生產過程中的一些客觀和主觀因素，PLC技術的應用與發展受到了一定的干擾，從而影響了工廠的工作效率。本文通過對西門子PLC技術在工廠生產中常見的問題進行分析，從而總結出這些常見問題的應對策略。

關鍵詞：西門子PLC? 工廠應用? 常見問題? 應對

PLC早期被稱為可編程邏輯操控器，它是一種用于自動化控制的數字運算控制器，本身具有微處理器，能夠隨時將控制指令載入內存，儲存與執行的效果很好，因此得以聞名。從1958年開始，西門子SIMATIC系列PLC經過C3、S3、S5、S7系列發展，已經成為應用最為廣泛的可編程操控器之一，因為其TDC系統沿用了SIMADYN D技術內核，S7系列目前已經成為西門子自動化系統最尖端、功能最強的可編程控制器。

1? 西門子PLC綜述

1.1 PlC的構成

PLC硬件主要包含CPU、儲存器、輸入單元、輸出單元、通信接口和擴展接口電源幾部分。第一，CPU為PLC的核心部分，通常會根據PLC機型配備不同種類的CPU，例如通用微處理器、單片微處理器、位片式微處理器。CPU可以指揮PLC準確接受編程器輸入的程序和數據，診斷機器故障等。第二，存儲器分為可讀可操作和只讀儲存器，主要用于存放一些系統程序、用戶程序和數據。第三，輸入/輸出，又稱I/O單元或I/O模塊，它負責PLC和工廠現場之間的連接，I/O接口能接受的輸入、輸出的信號個數是選擇PLC的重要依據之一。第四，通訊接口可以實現PLC與監視器、打印機等各種設備之間的通訊。第五，智能接口是一個獨立的計算機系統，有它自己的CPU和程序，通過總線和PLC交換數據，在PLC協調之下獨立工作。第六，編程裝置可以編輯、調試、輸入用戶數據，監視系統的運行、系統的仿真。

1.2 西門子PLC的特點

第一，可靠性高。單片微型CPU的集成度高，輔之以電路保護和自診斷功能，抗干擾能力強，提高了PLC的可靠性。第二，操作簡便。不需要大量的電子元件，連線很少，維修也相對簡單，一般不會在操作上出現什么問題。采用梯形圖等多種編程語言，操作靈活方便。第三，運行快。PLC的控制由程序控制來執行，在運行速度上來說是繼電器邏輯控制無法做到的。

1.3 西門子PLC工作的主要原理

PLC投入使用后會經歷三個階段，每順序完成一次三個階段則算完成一個掃描周期，PLC的工作過程就是在一次次周期更替中實現的。掃描周期是判斷PLC好壞的重要指標，周期的長短與掃描速度和內存程序息息相關。

1.3.1 輸入采樣階段

輸入采樣階段的掃描方式是依次的、定期的讀取輸入狀態和信息，將他們儲存在I/O映像區內，這一過程結束后，即將轉入其他兩個階段。在后續兩個階段中，輸入映像區會進行隔離保護，不以任何形式與外界發生信息的交互，直到下次掃描周期重新開始[1]。

1.3.2 用戶執行階段

用戶執行階段的掃描順序是自上而下的，所以也叫梯形圖掃描，每次掃描的時候總是先從左邊的控制線路開始，因為這些控制線路是由各個觸點連接形成的。按照先左后右、由上至下的順序來執行邏輯運算，相關運算結果將被傳送至輸出映像區，如果遇到跳轉的情況，則要求我們對跳轉條件做出分析。

1.3.3 輸出刷新階段

PLC真正的大量輸出發生在這一階段中，CPU基于I/O映像區對應的狀態，刷新已有數據，最后再經過輸出電路激活外設裝置，最終實現PLC與外設設備進行信息交互這一終極目標。

2? 西門子PLC在工廠應用中的問題

西門子PLC作為一種控制能力極強的集成設備被廣泛應用于工廠工業自動化生產過程中，但是由于一些客觀或者人為的因素，很容易在使用該項技術的過程中出現一些已知的問題或者覺察一些新的危機，因此我們應當注意下述的幾個問題。

2.1 工作環境

PLC的使用一般不需要采取什么措施就可以投入到工廠的生產活動當中，但當處于生產環境過于惡劣、電磁干擾強烈的情況下，對PLC安裝使用不當時就會發生運算法錯誤的情況，進而影響工作的效率。工作環境則包括溫度、濕度、震動等等因素，其中對溫度的要求在0～55℃之間，一些工廠不能保證良好的通風性，PLC在工作時處于發熱量較大的元件之下，影響PLC的工作效率。PLC的絕緣性對工廠環境的濕度是有要求的，當空氣相對濕度大于85%時，PLC的使用就受到了限制。部分工廠并沒有采取防震措施，也沒有人意識到為PLC設置專門的擺設地點的重要性，最終導致PLC工作的控制效果不能實現百分之百。

2.2 控制系統中存在干擾

電磁干擾是引起控制系統干擾的重要因素，直接影響了PLC工作穩定性，從而出現了操作偏差，甚至會造成工廠的損失，后果的嚴重性不堪設想[2]。PLC的使用主要靠電網來供給電量，空間磁場對供電系統的影響常有發生，這時候會出現電壓過高等混亂情況，共模干擾和差模干擾是兩種最常見的干擾模式，他們是指干擾雜訊流通路徑的方式，凡是來自電源火線經由零線返回的雜訊都稱為共模雜訊，因此共模干擾是一種非對稱性干擾。而485通訊線由兩根雙絞線組成，差模干擾則是指通過兩者之間的電壓差來傳遞信號，是一種對稱性干擾。

3? 西門子PLC在工廠應用中常見問題的應對措施

3.1 嚴格把控溫度、濕度、震動、空氣等環境因素

第一，PLC操作過程中，要將工廠的空間溫度嚴格控制在0℃～55℃。在實際工作過程中，大部分工廠都是處于通風情況較差且密閉的空間之內，為保證西門子PLC的工作過程不出差錯，此時一定要保證通風效果，可以選擇安裝溫度調控裝置，避免空間溫度升高以及設備發熱后不能及時散熱的情況發生，盡量不要將PLC裝置安放在發熱散熱情況嚴重的裝置旁邊。

第二，保持PLC的絕緣性能良好，要使得工廠內相對空氣濕度小于85%，尤其是在某些化工、石油等領域，避免出現凝露現象。

第三，雖說在工廠作業過程中不能避免其他相關設備的震動，但是考慮到PLC設備體積較小，容易發生共振的可能性更大，尤其是在10～55Hz情況下，更加容易引起間接的震動，此時的震動頻率已經變成PLC故障的誘發因素。因此一定要減小震動的頻率，采取有效的減震措施，例如可以充分在作業過程中使用減震膠等。

第四，在某些化工業的工廠中，經常存在一些氰化物氣體或者是顆粒粉塵，這些腐蝕性氣體和粉塵對電路板都具有破壞作用，因此一定要加強空氣過濾處理，時刻注意工廠的通風，也可以選擇將PLC安放在密閉性較好的控制室之中。

3.2 各種干擾問題的應對策略

3.2.1 電源輸入串聯LC濾波器

串聯濾波器具有一個阻抗很低的串聯諧振點，使得屏幕等設備可以有效的將電網造成的干擾給隔離開來，達到減少供電系統對PLC對的干擾效果。

3.2.2 布線合理化

網線與點預先、動力線、控制線都要對應一一配線，將線槽分開處理。保證接觸器線圈、大功率繼電器等與RC電路并聯使用。I/O輸入線要保證適當長度，不宜過長，輸出線和輸入線在同一根電纜上不能共存[3]。

3.2.3 完善接地系統

完善接地系統，提高電子設備的電磁兼容性，一定要將電源線接地端與柜體連線后再接地。選擇正確的接地地點，不僅可以保證PLC工作的穩定性，還可以避免偶然發生的電壓沖擊危害。當電源漏電或者柜體帶電的時候，可以將這些多余的電引入地下，總而保證工廠操作人員的生命安全。

3.3 熟練掌握故障診斷方法，及時發現問題

通過編程器PG在線測試發現故障源點，可以采用“STACK”法與“BSTACK”法。對CPU顯示停止工作狀況時的診斷，首先應該先觀察指示燈，慢閃代表有故障，快閃則代表需要重新輸入控制程序。觀察PLC組成原件是否有問題、例如電源組件中的風扇、后備電池等。檢查CPU控制面板上開關是否啟動，假如在運行過程中出現STOP，那么則可以考慮為外界變成輸入了停止CPU運行的指令，之后再對CPU面板上三個指示燈狀態進行檢查。

3.4 提高用戶程序的穩定性

我國目前西門子PLC控制系統在實際工作中的環境處理問題還沒有得到全部的解決，工作的穩定性不能得到很好的保證，所以提高用程序的穩定性就變得格外重要。PLC技術控制系統的電路可以分為內部與外部，用銅線將兩個系統在設備的底部連接起來，以此來減少噪音對PLC控制系統產生影響[4]。

4? 結語

西門子PLC系統具有體積小、速度快等特點，它的功能性強、可靠程度高，在已經取得重大成果的同時，不斷改善自己產品的不足，引進新的技術結合，已有的成功經驗，在控制規模與結構、性能與維護上也在不斷做出適應社會變化的調整將西門子PLC系統推向了一個更高的高度。但目前西門在PLC在工廠生產應用中還存在一些問題尚未得到解決，如何使西門子PLC系統更高效、更完善的走進大家的視野是每一個研究者值得思考的問題。

參考文獻

[1] 王俊紅.西門子PLC在工廠應用中常見問題及處理淺談[J].數字技術與應用，2010（4）：57-58.

[2] 閆朕.西門子PLC在工廠應用中的常見問題及處理措施[J].現代制造技術與裝備，2017（11）：158，160.

[3] 張旭.西門子PLC在工廠應用中存在的問題及對策探討[J].中國石油和化工標準與質量，2018，38（11）：110-111.

[4] 徐輝.西門子PLC在工廠應用中常見問題分析[J].山東工業技術，2017（2）：220.