PLC的結構可以分為外觀和內部兩個方面。以典型的西門子S7-200為例,其外部主要有電源輸入口、I/O口,PLC狀態指示燈、輸入輸出指示燈、傳感器輸出接口、檢修口等構成;內部結構有CPU電路板、輸入輸出接口電路板、電源電路板,其中CPU電路板是核心,主要完成運算、存儲和控制功能,一般情況下由微處理器芯片和存儲器芯片等構成。
PLC在應用上實現了開關量的控制,模擬量的閉環控制,數字量的智能控制,還能對現場數據采集與監控。實際工作中所使用的PLC是西門子的S7系列,主要對醫藥生產設備實現自動化控制功能,比如控通過觸摸屏的操作對PLC實現輸入信息,控制柜中的PLC處理信息后按程序對閥門、泵等執行元件進行控制,所有狀態信息與報警信息通過WinCC系統在上位機上顯示信息,因為觸摸屏和上位機上能夠顯示報警的具體信息,工作中方便了檢修工作,提高了維修效率。當然,PLC的程序是需要根據實際具體的生產工藝進行編制。
PLC的日常維護
1供電電源的檢查
供電電源的質量直接影響PLC的使用可靠性,也是故障率較高的部件,檢查電壓是否滿足額定范圍的85%~110%及考察電壓波動是否頻繁。頻繁的電壓波動會加快電壓模塊電子元件的老化,建議加裝穩壓電源。對于使用多年的PLC系統,若常出現程序執行錯誤,首先應考慮電壓模塊供電質量。
2 運行環境的檢查
(1)PLC運行環境溫度在0~60℃。溫度過高將使得PLC內部元件性能惡化和故障增加,尤其是CPU會因“電子遷移”現象的加速而降低PLC的壽命。溫度偏低,模擬回路的安全系數也會變小,超低溫時可能引起控制系統動作不正常。解決的辦法是在控制柜安裝合適的軸流風扇或者加裝空調,并注意經常檢查。
(2)環境相對濕度在5%~95%之間。在濕度較大的環境中,水分容易通過模塊上的IC的金屬表面的缺陷侵入內部,引起內部元件性能的惡化,使內部絕緣性能降低,會因高壓或浪涌電壓而引起短路;在極其干燥的環境下,MOS集成電路會因靜電而引起擊穿。
(3)要定期吹掃內部灰塵,以保證風道的暢通和元件的絕緣。PLC的電控柜盡量使用密封式結構,并且電控柜的進風口和出風口加裝過濾器,可阻擋絕大部分灰塵的進入,平日里電控柜要關緊。
3 檢查PLC的安裝狀態
平時巡檢時檢查各PLC單元固定是否牢固,各種I/O模塊端子是否松動,PLC通信電纜的子母連接器是否完全插入并旋緊,外部連接線有無損傷。
4 檢查PLC的程序存儲器的電池
平時的維護中檢查PLC程序存儲器的電池是否需要更換,需要更換的及時進行更換。
關于PLC的故障分析與排除
1 根據上位機報警信息找故障
PLC控制系統具有自診斷功能,當系統發生故障時可以立即發出報警信息,可以準確、快速地查找原因并確定故障部位,這個方法是維修中基本的方法和手段,明確故障部位后進行排除。
2 根據動作順序診斷故障
對于自動控制,其動作是按照一定的順序進行的,通過觀察系統的運動過程,對故障和正常時的情況做以比較,發現可疑點,診斷出故障原因,比如說,水泵在相應閥門正常開啟后才能啟動,如果管路不同水泵是不能開啟的,如果水泵不啟動可以檢查相應的閥門是否打開,是否工作正常。
3 根據PLC輸入輸出狀態指示燈診斷
PLC控制系統中,輸入輸出信號是通過I/O模塊實現的,一些故障可以通過I/O接口通道上反映出來,PLC的輸入輸出接口旁都有狀態指示燈,如果是接口線松動,接觸不良,可以用旋具擰緊線接口,然后看對應故障是否恢復正常;還可以查看相應的電氣控制圖,看執行元件對應的狀態指示燈是否亮,執行元件是否啟動,來排查故障,這里也需要對設備的操作過程和生產工藝比較了解,也需要看懂輸入輸出符號對應的哪個傳感器或者執行件,比如閥門、水泵等。比如有臺設備無法啟動,檢查PLC的輸出狀態指示燈都沒有亮,懷疑是中間程序問題,后來發現問題是程序時間鎖的緣故,解決后設備可以正常啟動;出現過指示燈不亮,而對應的電磁閥、接觸器有動作,可能是此輸出點因過載或者短路燒牢,這時應該把輸出點外線拆下來,再用萬用表電阻檔去測量輸出點與公共端的電阻,電阻小說明觸點已壞,若電阻無窮大說明觸點是好的,對應的指示燈已壞,對其處理使其恢復正常。
4 程序邏輯推斷
對于較低端的PLC其梯形圖指令大同小異,西門子輸入用I0.0,I0.1...表示,輸出用Q0.0,Q0.1...表示,而三菱輸入用X0.0,X0.1...表示,輸出用Y0.0,Y0.1...表示;對于中高端的PLC,比如西門子的S7-300/400,S7-1200,許多程序用語言表編的。使用的梯形圖需要有中文符號注解,否則閱讀性差,看梯形圖前要了解設備工藝和操作規程,看起來才能容易理解。如果進行電氣故障分析,一般應用反查法或者反推法,根據輸入輸出對應表,從故障點找到對應的輸出繼電器,開始反查其動作的邏輯關系,查到一處問題,故障通常基本得到解決,一般設備同時有兩處以上的故障并不多見的。
5 外部原因導致的故障
由于外部的原因也能導致PLC損壞,比如一只工作電源為220V的接近開關,輸入PLC信號觸點兩根引線與接近開關電源線共用一根四芯電纜,一次接近開關損壞在更換時錯將電源零線與PLC公共線調錯了,導致燒壞PLC的輸入點;一次系統電源變壓器零線排線因腐蝕而中斷,導致接入電源從220V升到380V。燒壞了PLC的電源模塊,整改時可以增加380V/220V的隔離控制變壓器;西門子的S7-200系列PLC,其輸出公共端標1L、2L等,工作電腦為ACL1 N表示,24V電源為L+M表示,經驗不足的人員容易弄錯,錯將L+M當作220V電源端子送點瞬間就將燒壞PLC的24V電源。所以平時PLC接線時,要注意這些問題,避免由于外部原因造成故障。
總之,PLC、CPU等硬件損壞或者軟件運行出錯概率較小,PLC若不是強電入侵所致輸入點幾乎不會損壞,若外圍負載沒有短路或是設計合理,輸出繼電器常開點觸點壽命也很長。因此根據長期實際經驗查找故障點,重點要放在PLC外圍電氣元件上,對于快速維修好設備,恢復運行很重要。平時盡量把PLC出現的故障做相關記錄,做統計,分析容易出現的問題,也有利于平時的維護檢修工作。
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