崔寒緒，辛生

（北汽利戴工業(yè)技術(shù)服務(wù)（北京）有限公司，北京 100875）

目前，西門子PLC國內(nèi)市場占有率近50%，應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品是西門子S7 300系列。在汽車行業(yè)中的應(yīng)用特點是功能元件多、程序大、從站多、分布散。不同的設(shè)備廠家設(shè)計理念差別較大。本文認為常見的故障類型如下：PLC程序故障、通訊故障、硬件故障、設(shè)計問題等。下面將根據(jù)上述的故障類型和維修方法進行闡述。

1 PLC程序故障維修

汽車發(fā)動機產(chǎn)線中普遍采用托盤加碼塊（RFID）的模式進行工件狀態(tài)的判斷和記錄，當(dāng)工件托盤進入設(shè)備內(nèi)后RFID讀取工件的記錄數(shù)據(jù)判斷是否進行加工。工件采用輥道和轉(zhuǎn)臺的方式輸送到設(shè)備內(nèi)（清洗機、機床、裝配設(shè)備）。這就要求PLC 的邏輯控制十分嚴謹，否則，將會發(fā)生故障。且此類故障通常的表現(xiàn)是自動循環(huán)顯示正常但不能進行加工或硬件正常卻產(chǎn)生硬件報警，這些問題一般都是由供應(yīng)商的程序邏輯bug導(dǎo)致，通過對PLC程序的優(yōu)化一般可以解決。以下將結(jié)合具體維修案例及維修方式進行分析。

案例1：PLC程序的邏輯漏洞導(dǎo)致RFID進入死循環(huán)。

本案例的控制系統(tǒng)為西門子CPU 317F-2PN/DP配置西門子RFID-RF340R模塊。

故障現(xiàn)象：清洗機開啟自動循環(huán)后設(shè)備不報警不工作，工件停止在入口處。

維修思路：現(xiàn)場觀察到工件停止在入口處沒有進一步動作，因此將工作重點放到入口處的元件上。首先，檢查元件狀態(tài)指示燈未發(fā)現(xiàn)異常；然后，使用PG查找PLC程序,檢查設(shè)備運行停止部分的程序，發(fā)現(xiàn)RFID沒有返回閱讀到的數(shù)據(jù)。進一步檢查發(fā)現(xiàn)RFID始終處于忙碌狀態(tài)。

圖1

檢查與分析：本工位配置的是西門子RFID-RF340R模塊，用來檢查工件狀態(tài)信息。RFID由通訊模塊，閱讀器，芯片組成，當(dāng)芯片到達閱讀器的檢查范圍后，將檢測到出現(xiàn)信號，PLC發(fā)出讀取指令讀出芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)，通訊模塊將閱讀器狀態(tài)和讀取的數(shù)據(jù)送回至PLC進行邏輯判斷。RFID的忙碌狀態(tài)(RFID BUSY)一直有信號表示一直在讀取過程中沒有完成讀取任務(wù)。RFID BUSY：A command is processed by RFID。此問題通常出現(xiàn)在調(diào)試過程中或者讀取時的時序不對的情況下。該問題出現(xiàn)在生產(chǎn)時間排除了調(diào)試的可能性，重點查找時序問題，發(fā)現(xiàn)在RFID讀取的瞬間按復(fù)位后會終止作業(yè)但是RFID BUSY信號卻一直有信號。

故障處理：對RFID閱讀器進行初始化操作，將DB塊中的輸入輸出參數(shù)統(tǒng)一進行初始化并下載至項目后閱讀器恢復(fù)正常。進一步優(yōu)化PLC程序中的時序問題，當(dāng)RFID在讀取過程中時不允許進行復(fù)位操作。此問題得到了根本性解決。

總結(jié)：西門子PLC系統(tǒng)中對于各個元件的時序均有要求，當(dāng)時序發(fā)生問題時極容易進入死循環(huán)，此時，對項目或元件進行初始化操作可快速解決問題。

案例2：PLC程序的邏輯不嚴謹導(dǎo)致轉(zhuǎn)臺電機保護開關(guān)動作，故障現(xiàn)象：輥道輸送轉(zhuǎn)臺運動到位后產(chǎn)生報警“701663 OP130_CONV: Turn unit DS8: Motor protection switch n.i.O. <KF70-12:I154.0>”。

本案例的控制系統(tǒng)為西門子CPU 315F-2PNP配置西門子ET 200pro RSE ST電機驅(qū)動模塊。

維修思路：找到報警的電機檢查機械負載未發(fā)現(xiàn)異常情況，進一步檢查電機絕緣正常，但是發(fā)現(xiàn)電機溫度偏高，電機驅(qū)動模塊有紅燈一閃而過，在絕緣和機械負載正常的情況下，電機溫度偏高，說明電機有缺相或者頻繁啟停現(xiàn)象。進一步檢查電機驅(qū)動模塊出口側(cè)的三相電壓正常，所以排查重點放在啟?？刂粕?。使用PG查找PLC啟?？刂瞥绦?，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺到位后不能形成自鎖，導(dǎo)致電機出現(xiàn)頻繁啟停，當(dāng)多次啟動后電機電流升高，電機溫度升高設(shè)備發(fā)出報警。

故障處理：根據(jù)上述分析可知，PLC程序問題是本次故障的根本原因，隨即對PLC程序進行了修改，增加轉(zhuǎn)臺運動的置位復(fù)位功能，當(dāng)電機轉(zhuǎn)動命令發(fā)出后置位命令信號，必須到達位置后完成自復(fù)位，才能再次觸發(fā)轉(zhuǎn)動命令。

當(dāng)設(shè)備報警時，采用先機械后電氣的方法逐步排查問題，能夠使問題快速得到解決，西門子PLC系統(tǒng)中每個動作和功能都需要嚴謹?shù)倪壿?，在任何控制步驟中不能出現(xiàn)線圈反復(fù)接通斷開的情況。對于控制邏輯復(fù)雜的情況，一般采用自鎖或置位的方法。

2 硬件故障維修

隨著自動化控制的日益發(fā)展，西門子PLC系統(tǒng)功能越來越強大，模塊之間開始采用拼接方式安裝和網(wǎng)絡(luò)通訊。并且普遍擁有自我硬件診斷功能。在實際使用過程中，因震動、安裝、環(huán)境濕度、設(shè)計等原因又會逐漸影響硬件的性能，如出現(xiàn)模塊通訊故障、硬件連接故障等。目前較常用的硬件維修方法主要是整體備件更換和元件替換法。

案例：控制系統(tǒng)為西門子CPU 317F-2PN/DP配置西門PMD SENTRON PAC3200電源檢測模塊。

故障現(xiàn)象：集中供液系統(tǒng)開啟自動循環(huán)后自動斷電并提示“設(shè)備關(guān)機”。

維修思路：根據(jù)報警提示的信息采取先外后內(nèi)的方法，首先檢查設(shè)備開關(guān)機按鈕和控制電源狀態(tài)，然后根據(jù)PLC關(guān)機程序查找問題點。

檢查與分析：經(jīng)檢查按鈕和電源狀態(tài)正常，對PLC程序進行分析。

通過分析得出能夠引起關(guān)機的原因有：從站故障、急停、電源未準(zhǔn)備好、遠程關(guān)機命令。查看硬件組態(tài)從站正常無故障記錄，急停功能驗證正常，遠程關(guān)機命令未觸發(fā)，重點檢查電源未準(zhǔn)備好問題。通過對系統(tǒng)的運行原理進行分析，電源實際正常，可能是檢測元件問題導(dǎo)致誤檢查到電源電壓不合格。隨即對元件檢測的數(shù)值進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)場有大功率泵啟動的時數(shù)值有明顯跳變。將PAC3200電源檢測模塊拆下進行仔細檢查，發(fā)現(xiàn)測量電源電壓的針腳有虛接情況，對針腳重新焊接后回裝到設(shè)備，集中工業(yè)系統(tǒng)恢復(fù)正常。

震動是能量源耗散的傳播，當(dāng)有較精密的元件時易發(fā)生損壞現(xiàn)象，還可使電子設(shè)備產(chǎn)生誤動作從而造成設(shè)備故障，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此類故障需要優(yōu)先鎖定故障所在的位置，通過位置進行仔細檢查發(fā)現(xiàn)異常點,針對異常點處理才能較快地解決故障。

3 通訊故障維修

在西門子PLC系統(tǒng)中通訊功能是十分重要的功能，它能夠大大地減少現(xiàn)場電纜的布置，減少線纜連接的故障，使遠從站距離傳輸成為可能。目前西門子PLC主推PROFINET IO網(wǎng)絡(luò)，它是基于以太網(wǎng)通訊的網(wǎng)絡(luò)，囊括了實時以太網(wǎng)，運動控制，分布式自動化等并且可以跨供應(yīng)商兼容其他品牌的工業(yè)以太網(wǎng)。由于通訊網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備或模塊較多導(dǎo)致發(fā)生網(wǎng)絡(luò)通訊類問題時的影響較大輕則設(shè)備無法運行，重則網(wǎng)絡(luò)癱瘓工廠不能生產(chǎn)，所以處理網(wǎng)絡(luò)通訊類問題是技術(shù)人員必須掌握的技能。PROFINET網(wǎng)絡(luò)通訊故障通常具有以下幾個種：（1）模塊故障；（2）網(wǎng)絡(luò)丟包；（3）站點丟失；（4）電纜斷線。下面將結(jié)合實際案例對PROFINT 通訊故障案例進行分析。

案例1：PLC模塊偶爾丟包導(dǎo)致的連接故障。

本案例的控制系統(tǒng)：此設(shè)備運行中需要和上料裝置進行通訊，使用的是西門子CPU 317F-2PN/DP配置西門子XB008交換機。

故障現(xiàn)象：設(shè)備頻繁報警連接故障，復(fù)位后可以繼續(xù)生產(chǎn)。

檢查與分析：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接和設(shè)備原理進行分析，首先，對PROFINT網(wǎng)絡(luò)線纜使用儀器進行了測量線纜狀態(tài)良好，證明線纜正常。將線纜在交換機中端口位置進行了更換并觀察，故障頻次無明顯變化。通過PING測試發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在丟包現(xiàn)象，為了解決此問題在PLC網(wǎng)絡(luò)中增加了INDU SOL的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測模塊進行網(wǎng)絡(luò)觀察，模塊帶有網(wǎng)絡(luò)分析功能，通過查看統(tǒng)計記錄發(fā)現(xiàn)共檢測到PLC請求包526個，但是只檢測到514個PLC應(yīng)答包，據(jù)此可以得出PLC至交換機就存在丟包現(xiàn)象，能夠造成丟包一般有幾種情況：（1）交換機端口故障；（2）網(wǎng)絡(luò)線纜故障；（3）PLC模塊故障。根據(jù)前邊的檢查工作得出網(wǎng)絡(luò)線纜正常，交換機端口正常，所有采取更換PLC模塊的措施。更換后設(shè)備恢復(fù)正常未再出現(xiàn)連接故障的報警。查看網(wǎng)絡(luò)分析也沒有丟包現(xiàn)象，將網(wǎng)絡(luò)中的監(jiān)測模塊取消。

圖2

網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時采取先測量后更換，先線纜后模塊的原則進行處理。當(dāng)無法確定是哪個模塊出現(xiàn)問題時采用儀器測量，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控分析，或者使用軟件抓包的方法，將不可見的網(wǎng)絡(luò)問題變成可見的數(shù)據(jù)或指示燈來幫助我們確定故障模塊。

案例2：PROFINET線纜斷線導(dǎo)致的站點丟失。

本案例的控制系統(tǒng)：西門子CPU 317F-2PN/DP配置西門子ET200從站。

故障現(xiàn)象：設(shè)備頻繁報警34號站點丟失。

檢查與分析：站點丟失問題通常是由線纜斷線或者模塊損壞導(dǎo)致。首先，對34號站接頭進行檢查未發(fā)現(xiàn)異常，繼續(xù)使用儀器進行線纜測量，指示燈狀態(tài)正常。此時，分析認為是模塊的問題導(dǎo)致的站點丟失，隨即將模塊進行了更換，設(shè)備運行4小時后故障復(fù)發(fā)。根據(jù)設(shè)備原理分析34號站安裝在能夠旋轉(zhuǎn)的部件上通訊線纜由碳刷結(jié)構(gòu)連接，重點檢測旋轉(zhuǎn)部件和碳刷機構(gòu)，發(fā)現(xiàn)在碳刷機構(gòu)上的通訊線纜存在斷線情況。重新制作線纜并安裝后，設(shè)備恢復(fù)正常。

通訊線纜故障時，PRFINT網(wǎng)絡(luò)故障中常見的故障，在解決故障時，優(yōu)先檢測線纜狀態(tài)，當(dāng)線纜中間有其他部件時優(yōu)先檢查中間環(huán)節(jié)。

4 結(jié)語

PLC自動化控制在各個行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛，進一步促使其系統(tǒng)向著大型化、高可靠性、集成化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。由此帶來的新型故障也越來越多，維修和故障排除難度逐漸加大。既有硬件故障又有軟件故障，還有外線路故障。所以掌握PLC系統(tǒng)的故障維修是技術(shù)人員必備的技能。在現(xiàn)場工作中，一般通過分析系統(tǒng)的運行原理后采取先機械后電氣、先動后靜、由外到內(nèi)的思路，逐步縮小故障范圍確定故障點，當(dāng)現(xiàn)有手段不易查找問題時，借助專業(yè)的工具有利于幫助我們快速解決問題。