GE PLC在熱軋線的應用及常見故障的分析處理

曹恒

摘要：隨著科學技術的不斷發展，在企業的生產過程中，越來越多先進的生產技術得到了應用，這些先進技術的使用在一定程度上促進了各企業的進一步發展。但是我們同時應該注意的是，這些先進的生產技術一旦出現故障，那么對企業所造成的危害也會更大。因此本文主要對GE系列PLC系統的功能、組成、原理及常見故障的處理方法進行研究和分析，希望對相關人士有所幫助。

關鍵詞：GE;PLC;原理;組成;常見故障;處理措施

1.前言

本單位軋鋼控制系統主要采用美國通用公司生PACSystemsTM 、9070、9030、VersaMax系列，以上所有系統之間以及和外部檢測元件之間具有良好的兼容性。該系統的職能化模塊具有較強的系統故障檢測功能，并將故障信息及時通過相應的編程軟件有效的呈現出來，并及時漢化處理后通過監視系統得以顯示，為PLC系統故障的排查和處理奠定良好的基礎。

2.GE PLC控制系統功能介紹

常用的GE PLC 系統有PACSystemsTM 、9070、9030、VersaMax，其中PACSystemsTM 中RX7i 系列PLC 具有高性能處理器，其特點為

（1） CPU 采用高性能的Pentium III 處理器（300MHZ 或700MHZ）;內嵌10/100M 自適應高速以太網卡，采用標準RJ45 接口，方便連接;并可采用EGD 方式通訊，快速可靠。

（2） 采用基于標準的VME64 的機架，并有4 倍于現有機架背板速率，提高性能的同時也提高了擴展性能，支持包括系列GE90-70 I/O 和VMIC 產品在內的所有標準的VME 模塊，同時也支持第三廠家生產的VME 模塊，實現由GE90-70 系統的無縫升級。

（3）CPU 內存達10MByte，可以存儲大容量程序、變量說明和注釋，便于維護。

（4）支持多達32K bits 的數字量I/O 以及各32K words 的模擬量I/O。

（5）支持自動分配地址的符號變量。

（6）支持模塊化編程，可支持多達512 個程序塊，每個功能塊最大可達128KB。

（7）支持高效率運行的C 語言塊（32 位C 編譯器，每個塊可達128KB）。

（8）Windows 下的高度集成編程環境CIMPLICITY ME，支持豐富的變量類型和功能塊，方便組態和編程調試。

（9）可采用高速的光纖內存映象網，通訊波特率可達170Mb/s～1200Mb/s，最快數據更新時間小于1ms。

RX7i 系列PLC 程序容量更大、指令處理速度更快，全面提升整個自動化系統的性能，并且編程環境界面友好。因此，選用該產品作為粗軋、精軋位置、主速度活套和卷取PLC的主控制器。

各個控制器通過以太網與上位機和HMI 進行數據交換。各控制器通過PROFIBUS-DP 現場總線同主要傳動控制設備相連接，遠程I/O 通過GENIUS 網連接到各個相關控制器，形成分布式的計算機控制系統。各主控制器之間采用以太網全局數據廣播（EGD）方式相互通訊。

3.GE PLC控制原理

PLC是基于電子計算機，且適用于工業現場工作的電控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實現控制，而主要靠運行存儲于PLC內存中的程序，進行入出信息變換實現控制。

PLC基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普遍計算機進行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機界面好就可以了。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應于工業環境，如便于安裝，抗干擾等問題。

PLC掃描的工作方式主要分三個階段，即輸入采樣階段、用戶程序執行階段和輸出刷新階段。

3.1.輸入采樣階段

在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入I/0映象區中的相應單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，I/0映象區中相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入的是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

3.2.用戶程序執行階段

在用戶程序執行階段，PLC總是按由.上而下的順序依次掃描用戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算;然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的.狀態，或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態，或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。即在用戶程序執行過程中，只有輸入點在I/0映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在I/0映象區或系統RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用;相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的梯形圖起作用。

3.3.輸出刷新階段

當用戶程序掃描結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。

3.4.GE PLC組成

GE PLC主要由CPU、存儲器（EPROM、RAM）、輸入/輸出單元、外設I/O接口、通信接口及電源組成。下面分別介紹PLC的各組成部分及其作用。

（1） CPU是PLC的控制中樞，PLC在CPU的控制下有條不紊地協調工作，從而實現對現場的各個設備進行控制。CPU由微處理器和控制器組成，它可以實現邏輯運算和數學運算，協調控制系統內部各部分的工作。

（2）PLC配有兩種存儲器，即系統存儲器和用戶存儲器。系統存儲器用來存放系統管理程序，用戶不能訪問和修改這部分存儲器的內容。用戶存儲器用來存放編制的應用程序和工作數據狀態。存放工作數據狀態的用戶存儲器部分也稱為數據存儲區，它包括輸入/輸出數據映像區、定時器/計數器預置數和當前值的數據區及存放中間結果的緩沖區。

4.常見故障及處理辦法

4.1 各類硬件狀態指示燈的意義

（1）電源模塊

1、POWER燈

表明外部供電正常。

表明電源模塊上的開關處于關閉狀態

外部輸入電源異常。

2.P/S FAULT燈

表示供電輸出失敗或者供給背板的電壓不足。

表示正常。

3.OVERTEMP燈

表示電源模塊接近或者超過最大操作溫度。

表示正常

4.OVERLOAD

表示負載接近或者超過電源模塊的最大輸出能力。

表示正常。

ON/OFF開關：控制電源模塊的輸出。

（2）CPU模塊

1.CPU OK

CPU 通過上電自診斷程序，并且功能正常。

（EN、RUN同時閃爍）CPU處于啟動模式，等待串 口的固件更新信號。

CPU有問題。

2.RUN

CPU處于運行模式。

CPU處于停止模式

3.OUTPUTS ENABLED

掃描輸出有效。

掃描輸出失效。

4.I/O FORCE

CPU數據有強制值。

正常。

5.BATTERY

CPU電池電量耗盡。

CPU電池電量低。

正常。

6.SYSTEM FAULT

CPU故障或者處于停止模式。

正常。

7.COM1 ACTIVE / COM2 ACTIVE

綠色閃爍：對應端口信號激活。

（3）以太網接口模塊

1. ETHERNET OK

工作正常。

以錯誤代碼閃爍，硬件故障;快速閃爍，自診斷;慢速閃爍，等待來自CPU的以太網配置。（EOK、LAN、LOG同時慢速閃爍：加載軟件;EOK、LOG慢速閃爍，LAN On/Traffic/Off：等待接收IP地址;EOK ON，LAN On/Traffic/Off， LOG On/Off：可操作的。）

異常。

2.LAN OK

以太網電纜連接正常，網絡可用。

以太網正在收發數據。

太網電纜連接故障。

3.LOG EMPTY

沒有異常事件。

有事件進入到異常日志中。

4.100Mbps

指示網絡數據傳輸速度—10（熄滅）或者100Mb/sec（亮）。

5.LINK

指示網絡連接狀況和激活狀態，有數據流時閃爍。

6. ETHERNET RESTART按鈕：以太網重啟按鈕，用來重新手動啟動以太網固件。

（4）Genius總線控制器

1. OK

上電自診斷完成，正常工作狀態。

總線控制器異常。

2.COM

通訊總線運行正常。

間歇閃爍：總線錯誤。

硬件沒配置或者總線通訊失敗。

Genius網絡為GE獨有。通訊總線控制器，用于實現主從站間的數據交換。

（5）通訊模塊

1. MODULE OK

模塊已經被配置。

模塊沒電或者自測失敗。

快速閃爍：模塊正在執行診斷;慢速閃爍：配置不成功。

表明有故障發生，并且以錯誤代碼閃爍。

2.PORT FAULT

在任何使能的端口上沒有故障。

最少有一個端口上存在故障。

3.STATUS

指示每個端口的網絡連接狀況，有數據流時閃爍。

通訊模塊用于485、MODBUS等通訊。

（6）Rx3i網絡接口單元

1. NIU OK

通過上電自診斷程序，并且功能正常。

NIU存在故障。

（NIU SCANNING I/O、OUTPUTS ENABLED同時閃爍）， NIU處于啟動模式，等待串口的固件更新信號。

2.NIU SCANNING I/O

NIU處于運行模式。

NIU處于停止模式。

3.OUTPUTS ENABLED

輸出掃描使能。

輸出掃描無效。

4.I/O FORCE

I/O數據有強制值。

正常。

5.BATTERT

電池電量耗盡。

電池電量低。

正常。

6.SYSTEM FAULT

故障或者處于停止模式。

正常。

7.COM1、COM2

綠色閃爍：信號在相應的端口上激活。

（7）VersaMax網絡接口單元

1. PWR

表明NIU有電。

失電。

2.OK

上電自檢成功。

異常。

3.FAULT

NIU最少存在一個故障。

無故障，運行正常。

4.I/O ENBL

I/O掃描使能，有數據交換。

異常。

5.FORCE

總線開關或者I/O點被強制。

運行正常，沒有強制點。

6.SBA ERR

重復或者無效的SBA。

正常。

7.BUS B/EDM

NIU選擇了Genius總線B或者增強診斷模式被激活。

選擇了非總線B。

（8）I/O模塊

OK（IC200ALG262，IC200ALG326，IC200MDL650，IC200ALG750）

當背板供電正常，正常地運行，并且模塊已經被配置，在背板上已經被識別時綠燈亮。

FLD PWR（IC200ALG326，IC200MDL750）現場電源正常時綠燈亮。

【通道燈，如1-32等】（IC200ALG650，IC200ALG750，IC694MDL655，IC694MDL753，IC694MDL660，IC694MDL754）表明每個通道的開關狀態。

MODULE OK（IC694ALG223，IC694ALG392）綠常亮：模板就緒并且已設置。

綠燈閃爍：模板就緒但未設置。關閉：模板出錯或者沒有+5V底板電力供給。

綠燈連續快速閃爍：沒有從CPU收到配置數據。綠燈慢慢的閃，然后關閉：失敗的上電診斷或執行代碼錯誤。

MODULE P/S（IC694ALG223）綠燈亮表明模塊內部+5VDV電源高于指定最小值。

USER SUPPLY（IC694ALG392）綠常亮：外部電源就緒。關閉：無用戶電源。

4.2故障處理

4.2.1通訊故障處理

【故障現象】：“黑屏”，畫面所有設備反饋狀態均消失，顯示黑色圓圈，也無法進行控制。但是設備不停，只是無法從操作臺來進行監控。

【解決方法】：如果出現上述癥狀，則判斷為通訊中斷。出現此問題大部分均是因為網線問題;可以先檢查各網線的指示燈狀態是否正確，如果網線沒問題，再查其他網絡相關的硬件，例如：網卡、HUB、CPU等

4.2.2 CPU程序丟失

【故障現象】：畫面所有設備反饋狀態均消失，顯示黑色圓圈，并且所有設備均停止，無法啟動，在畫面均無法監視和操控。

【解決方法】：造成這種情況的原因是因為CPU電池電量耗光或其它原因導致CPU中程序丟失，往往是在停電一段時間后再上電出現。此時CPU的電池指示燈應該是紅亮狀態。在停電時，若發現電池指示燈紅閃時，表明電池電量低，即將耗盡。重新上傳程序即可解決，并更換CPU電池。

4.2.3靜電干擾

【故障現象】：設備無規律自動啟?；蛘吣M量曲線跳動比較大。

【解決方法】：造成這一現象的原因基本上是因為相應的I/O卡點存在靜電干擾，對其放電即可解決這一問題。這種問題一般都是停電再上電后出現，現已發現各類I/O卡件均存在這類問題。在出現靜電干擾對其放電時應注意先將相關的模塊斷電，然后再將相應的點對地放電。

4.2.4輸入、輸出點損壞

【故障判斷】：若想判斷輸入輸出點是否完好，首先應斷開外部電路。對于數字量輸入點可以用跨線進行短接看相應指示燈的或者畫面的狀態是否發生變化來判斷;數字量輸出點可以在畫面上點擊，看是否存在輸出;模擬量輸入點可以由信號發生器對相應通道發射信號和畫面的對應關系來判斷;模擬量輸出點可以由畫面給定數值后再同測得的mA信號相比較來判斷。另外，如果條件允許的話，利用代換法能更快的進行判斷。

【解決方法】：更換I/O模塊或者更換地址來解決。

六、 結束語

總體來說，GE PLC系列可編程控制器的可靠性和安全性非常高，只要嚴格執行相應技術規范標準，很少會出現安全故障。本文在簡單介紹該控制系統的基礎上，針對其日常使用中存在的小故障進行分析探討，并針對性了提出相應的工作建議，旨在拋磚引玉，加強技術交流，共同提高。

參考文獻

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