曹恒

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在企業(yè)的生產(chǎn)過程中，越來越多先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)得到了應(yīng)用，這些先進(jìn)技術(shù)的使用在一定程度上促進(jìn)了各企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。但是我們同時(shí)應(yīng)該注意的是，這些先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)一旦出現(xiàn)故障，那么對(duì)企業(yè)所造成的危害也會(huì)更大。因此本文主要對(duì)GE系列PLC系統(tǒng)的功能、組成、原理及常見故障的處理方法進(jìn)行研究和分析，希望對(duì)相關(guān)人士有所幫助。

關(guān)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(tǒng)主要采用美國通用公司生PACSystemsTM 、9070、9030、VersaMax系列，以上所有系統(tǒng)之間以及和外部檢測(cè)元件之間具有良好的兼容性。該系統(tǒng)的職能化模塊具有較強(qiáng)的系統(tǒng)故障檢測(cè)功能，并將故障信息及時(shí)通過相應(yīng)的編程軟件有效的呈現(xiàn)出來，并及時(shí)漢化處理后通過監(jiān)視系統(tǒng)得以顯示，為PLC系統(tǒng)故障的排查和處理奠定良好的基礎(chǔ)。

2.GE PLC控制系統(tǒng)功能介紹

常用的GE PLC 系統(tǒng)有PACSystemsTM 、9070、9030、VersaMax，其中PACSystemsTM 中RX7i 系列PLC 具有高性能處理器，其特點(diǎn)為

（1） CPU 采用高性能的Pentium III 處理器（300MHZ 或700MHZ）;內(nèi)嵌10/100M 自適應(yīng)高速以太網(wǎng)卡，采用標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的VME64 的機(jī)架，并有4 倍于現(xiàn)有機(jī)架背板速率，提高性能的同時(shí)也提高了擴(kuò)展性能，支持包括系列GE90-70 I/O 和VMIC 產(chǎn)品在內(nèi)的所有標(biāo)準(zhǔn)的VME 模塊，同時(shí)也支持第三廠家生產(chǎn)的VME 模塊，實(shí)現(xiàn)由GE90-70 系統(tǒng)的無縫升級(jí)。

（3）CPU 內(nèi)存達(dá)10MByte，可以存儲(chǔ)大容量程序、變量說明和注釋，便于維護(hù)。

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

（5）支持自動(dòng)分配地址的符號(hào)變量。

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

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

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

（9）可采用高速的光纖內(nèi)存映象網(wǎng)，通訊波特率可達(dá)170Mb/s～1200Mb/s，最快數(shù)據(jù)更新時(shí)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(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的性能，并且編程環(huán)境界面友好。因此，選用該產(chǎn)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(gè)控制器通過以太網(wǎng)與上位機(jī)和HMI 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。各控制器通過PROFIBUS-DP 現(xiàn)場(chǎng)總線同主要傳動(dòng)控制設(shè)備相連接，遠(yuǎn)程I/O 通過GENIUS 網(wǎng)連接到各個(gè)相關(guān)控制器，形成分布式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。各主控制器之間采用以太網(wǎng)全局?jǐn)?shù)據(jù)廣播（EGD）方式相互通訊。

3.GE PLC控制原理

PLC是基于電子計(jì)算機(jī)，且適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)控制，而主要靠運(yùn)行存儲(chǔ)于PLC內(nèi)存中的程序，進(jìn)行入出信息變換實(shí)現(xiàn)控制。

PLC基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。普遍計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機(jī)界面好就可以了。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)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(gè)階段，即輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)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(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/0映象區(qū)中的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/0映象區(qū)中相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入的是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)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(zhí)行階段

在用戶程序執(zhí)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(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算;然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的.狀態(tài)，或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)，或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/0映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/0映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)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(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的梯形圖起作用。

3.3.輸出刷新階段

當(dāng)用戶程序掃描結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。

3.4.GE PLC組成

GE PLC主要由CPU、存儲(chǔ)器（EPROM、RAM）、輸入/輸出單元、外設(shè)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(xié)調(diào)工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行控制。CPU由微處理器和控制器組成，它可以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算和數(shù)學(xué)運(yùn)算，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作。

（2）PLC配有兩種存儲(chǔ)器，即系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來存放系統(tǒng)管理程序，用戶不能訪問和修改這部分存儲(chǔ)器的內(nèi)容。用戶存儲(chǔ)器用來存放編制的應(yīng)用程序和工作數(shù)據(jù)狀態(tài)。存放工作數(shù)據(jù)狀態(tài)的用戶存儲(chǔ)器部分也稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，它包括輸入/輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)和當(dāng)前值的數(shù)據(jù)區(qū)及存放中間結(jié)果的緩沖區(qū)。

4.常見故障及處理辦法

4.1 各類硬件狀態(tài)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(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)

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(fù)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(guān)：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(shí)閃爍）CPU處于啟動(dòng)模式，等待串 口的固件更新信號(hào)。

CPU有問題。

2.RUN

CPU處于運(yùn)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(shù)據(jù)有強(qiáng)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(duì)應(yīng)端口信號(hào)激活。

（3）以太網(wǎng)接口模塊

1. ETHERNET OK

工作正常。

以錯(cuò)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(wǎng)配置。（EOK、LAN、LOG同時(shí)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(wǎng)電纜連接正常，網(wǎng)絡(luò)可用。

以太網(wǎng)正在收發(fā)數(shù)據(jù)。

太網(wǎng)電纜連接故障。

3.LOG EMPTY

沒有異常事件。

有事件進(jìn)入到異常日志中。

4.100Mbps

指示網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度—10（熄滅）或者100Mb/sec（亮）。

5.LINK

指示網(wǎng)絡(luò)連接狀況和激活狀態(tài)，有數(shù)據(jù)流時(shí)閃爍。

6. ETHERNET RESTART按鈕：以太網(wǎng)重啟按鈕，用來重新手動(dòng)啟動(dòng)以太網(wǎng)固件。

（4）Genius總線控制器

1. OK

上電自診斷完成，正常工作狀態(tài)。

總線控制器異常。

2.COM

通訊總線運(yùn)行正常。

間歇閃爍：總線錯(cuò)誤。

硬件沒配置或者總線通訊失敗。

Genius網(wǎng)絡(luò)為GE獨(dú)有。通訊總線控制器，用于實(shí)現(xiàn)主從站間的數(shù)據(jù)交換。

（5）通訊模塊

1. MODULE OK

模塊已經(jīng)被配置。

模塊沒電或者自測(cè)失敗。

快速閃爍：模塊正在執(zhí)行診斷;慢速閃爍：配置不成功。

表明有故障發(fā)生，并且以錯(cuò)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(gè)端口上存在故障。

3.STATUS

指示每個(gè)端口的網(wǎng)絡(luò)連接狀況，有數(shù)據(jù)流時(shí)閃爍。

通訊模塊用于485、MODBUS等通訊。

（6）Rx3i網(wǎng)絡(luò)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(shí)閃爍）， NIU處于啟動(dòng)模式，等待串口的固件更新信號(hào)。

2.NIU SCANNING I/O

NIU處于運(yùn)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(shù)據(jù)有強(qiáng)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(hào)在相應(yīng)的端口上激活。

（7）VersaMax網(wǎng)絡(luò)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(gè)故障。

無故障，運(yùn)行正常。

4.I/O ENBL

I/O掃描使能，有數(shù)據(jù)交換。

異常。

5.FORCE

總線開關(guān)或者I/O點(diǎn)被強(qiáng)制。

運(yùn)行正常，沒有強(qiáng)制點(diǎn)。

6.SBA ERR

重復(fù)或者無效的SBA。

正常。

7.BUS B/EDM

NIU選擇了Genius總線B或者增強(qiáng)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(dāng)背板供電正常，正常地運(yùn)行，并且模塊已經(jīng)被配置，在背板上已經(jīng)被識(shí)別時(shí)綠燈亮。

FLD PWR（IC200ALG326，IC200MDL750）現(xiàn)場(chǎng)電源正常時(shí)綠燈亮。

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

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

綠燈閃爍：模板就緒但未設(shè)置。關(guān)閉：模板出錯(cuò)或者沒有+5V底板電力供給。

綠燈連續(xù)快速閃爍：沒有從CPU收到配置數(shù)據(jù)。綠燈慢慢的閃，然后關(guān)閉：失敗的上電診斷或執(zhí)行代碼錯(cuò)誤。

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

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

4.2故障處理

4.2.1通訊故障處理

【故障現(xiàn)象】：“黑屏”，畫面所有設(shè)備反饋狀態(tài)均消失，顯示黑色圓圈，也無法進(jìn)行控制。但是設(shè)備不停，只是無法從操作臺(tái)來進(jìn)行監(jiān)控。

【解決方法】：如果出現(xiàn)上述癥狀，則判斷為通訊中斷。出現(xiàn)此問題大部分均是因?yàn)榫W(wǎng)線問題;可以先檢查各網(wǎng)線的指示燈狀態(tài)是否正確，如果網(wǎng)線沒問題，再查其他網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的硬件，例如：網(wǎng)卡、HUB、CPU等

4.2.2 CPU程序丟失

【故障現(xiàn)象】：畫面所有設(shè)備反饋狀態(tài)均消失，顯示黑色圓圈，并且所有設(shè)備均停止，無法啟動(dòng)，在畫面均無法監(jiān)視和操控。

【解決方法】：造成這種情況的原因是因?yàn)镃PU電池電量耗光或其它原因?qū)е翪PU中程序丟失，往往是在停電一段時(shí)間后再上電出現(xiàn)。此時(shí)CPU的電池指示燈應(yīng)該是紅亮狀態(tài)。在停電時(shí)，若發(fā)現(xiàn)電池指示燈紅閃時(shí)，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(xiàn)象】：設(shè)備無規(guī)律自動(dòng)啟停或者模擬量曲線跳動(dòng)比較大。

【解決方法】：造成這一現(xiàn)象的原因基本上是因?yàn)橄鄳?yīng)的I/O卡點(diǎn)存在靜電干擾，對(duì)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(xiàn)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)各類I/O卡件均存在這類問題。在出現(xiàn)靜電干擾對(duì)其放電時(shí)應(yīng)注意先將相關(guān)的模塊斷電，然后再將相應(yīng)的點(diǎn)對(duì)地放電。

4.2.4輸入、輸出點(diǎn)損壞

【故障判斷】：若想判斷輸入輸出點(diǎn)是否完好，首先應(yīng)斷開外部電路。對(duì)于數(shù)字量輸入點(diǎn)可以用跨線進(jìn)行短接看相應(yīng)指示燈的或者畫面的狀態(tài)是否發(fā)生變化來判斷;數(shù)字量輸出點(diǎn)可以在畫面上點(diǎn)擊，看是否存在輸出;模擬量輸入點(diǎn)可以由信號(hào)發(fā)生器對(duì)相應(yīng)通道發(fā)射信號(hào)和畫面的對(duì)應(yīng)關(guān)系來判斷;模擬量輸出點(diǎn)可以由畫面給定數(shù)值后再同測(cè)得的mA信號(hào)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(jìn)行判斷。

【解決方法】：更換I/O模塊或者更換地址來解決。

六、 結(jié)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(yán)格執(zhí)行相應(yīng)技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，很少會(huì)出現(xiàn)安全故障。本文在簡單介紹該控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對(duì)其日常使用中存在的小故障進(jìn)行分析探討，并針對(duì)性了提出相應(yīng)的工作建議，旨在拋磚引玉，加強(qiáng)技術(shù)交流，共同提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 王前進(jìn)，馬小平，張守田。PLC軟冗余在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。工礦自動(dòng)化，2014，40（01）：93-96

[2] 周石強(qiáng)，郭強(qiáng)，朱濤，劉旭東。電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)的分析研究[J]中華敏居（下旬刊），2014（01）：199+201

[3] 毛呁，楊峰?；綪LC的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2014（04）：87-89+98

[4] GE PLC使用手冊(cè)