plc的结构可以分为外观和内部两个方面。以典型的西门子s7-200为例,其外部主要有电源输入口、i/o口,plc状态指示灯、输入输出指示灯、传感器输出接口、检修口等构成;内部结构有cpu电路板、输入输出接口电路板、电源电路板,其中cpu电路板是核心,主要完成运算、存储和控制功能,一般情况下由微处理器芯片和存储器芯片等构成。
plc在应用上实现了开关量的控制,模拟量的闭环控制,数字量的智能控制,还能对现场数据采集与监控。实际工作中所使用的plc是西门子的s7系列,主要对医药生产设备实现自动化控制功能,比如控通过触摸屏的操作对plc实现输入信息,控制柜中的plc处理信息后按程序对阀门、泵等执行元件进行控制,所有状态信息与报警信息通过wincc系统在上位机上显示信息,因为触摸屏和上位机上能够显示报警的具体信息,工作中方便了检修工作,提高了维修效率。当然,plc的程序是需要根据实际具体的生产工艺进行编制。
plc的日常维护
1 供电电源的检查
供电电源的质量直接影响plc的使用可靠性,也是故障率较高的部件,检查电压是否满足额定范围的85%~110%及考察电压波动是否频繁。频繁的电压波动会加快电压模块电子元件的老化,建议加装稳压电源。对于使用多年的plc系统,若常出现程序执行错误,首先应考虑电压模块供电质量。
2 运行环境的检查
(1)plc运行环境温度在0~60℃。温度过高将使得plc内部元件性能恶化和故障增加,尤其是cpu会因“电子迁移”现象的加速而降低plc的寿命。温度偏低,模拟回路的安全系数也会变小,超低温时可能引起控制系统动作不正常。解决的办法是在控制柜安装合适的轴流风扇或者加装空调,并注意经常检查。
(2)环境相对湿度在5%~95%之间。在湿度较大的环境中,水分容易通过模块上的ic的金属表面的缺陷侵入内部,引起内部元件性能的恶化,使内部绝缘性能降低,会因高压或浪涌电压而引起短路;在极其干燥的环境下,mos集成电路会因静电而引起击穿。
(3)要定期吹扫内部灰尘,以保证风道的畅通和元件的绝缘。plc的电控柜尽量使用密封式结构,并且电控柜的进风口和出风口加装过滤器,可阻挡绝大部分灰尘的进入,平日里电控柜要关紧。
3 检查plc的安装状态
平时巡检时检查各plc单元固定是否牢固,各种i/o模块端子是否松动,plc通信电缆的子母连接器是否完全插入并旋紧,外部连接线有无损伤。
4 检查plc的程序存储器的电池
平时的维护中检查plc程序存储器的电池是否需要更换,需要更换的及时进行更换。
关于plc的故障分析与排除
1 根据上位机报警信息找故障
plc控制系统具有自诊断功能,当系统发生故障时可以立即发出报警信息,可以准确、快速地查找原因并确定故障部位,这个方法是维修中基本的方法和手段,明确故障部位后进行排除。
2 根据动作顺序诊断故障
对于自动控制,其动作是按照一定的顺序进行的,通过观察系统的运动过程,对故障和正常时的情况做以比较,发现可疑点,诊断出故障原因,比如说,水泵在相应阀门正常开启后才能启动,如果管路不同水泵是不能开启的,如果水泵不启动可以检查相应的阀门是否打开,是否工作正常。
3 根据plc输入输出状态指示灯诊断
plc控制系统中,输入输出信号是通过i/o模块实现的,一些故障可以通过i/o接口通道上反映出来,plc的输入输出接口旁都有状态指示灯,如果是接口线松动,接触不良,可以用旋具拧紧线接口,然后看对应故障是否恢复正常;还可以查看相应的电气控制图,看执行元件对应的状态指示灯是否亮,执行元件是否启动,来排查故障,这里也需要对设备的操作过程和生产工艺比较了解,也需要看懂输入输出符号对应的哪个传感器或者执行件,比如阀门、水泵等。比如有台设备无法启动,检查plc的输出状态指示灯都没有亮,怀疑是中间程序问题,后来发现问题是程序时间锁的缘故,解决后设备可以正常启动;出现过指示灯不亮,而对应的电磁阀、接触器有动作,可能是此输出点因过载或者短路烧牢,这时应该把输出点外线拆下来,再用万用表电阻档去测量输出点与公共端的电阻,电阻小说明触点已坏,若电阻无穷大说明触点是好的,对应的指示灯已坏,对其处理使其恢复正常。
4 程序逻辑推断
对于较低端的plc其梯形图指令大同小异,西门子输入用i0.0,i0.1...表示,输出用q0.0,q0.1...表示,而三菱输入用x0.0,x0.1...表示,输出用y0.0,y0.1...表示;对于中高端的plc,比如西门子的s7-300/400,s7-1200,许多程序用语言表编的。使用的梯形图需要有中文符号注解,否则阅读性差,看梯形图前要了解设备工艺和操作规程,看起来才能容易理解。如果进行电气故障分析,一般应用反查法或者反推法,根据输入输出对应表,从故障点找到对应的输出继电器,开始反查其动作的逻辑关系,查到一处问题,故障通常基本得到解决,一般设备同时有两处以上的故障并不多见的。
5 外部原因导致的故障
由于外部的原因也能导致plc损坏,比如一只工作电源为220v的接近开关,输入plc信号触点两根引线与接近开关电源线共用一根四芯电缆,一次接近开关损坏在更换时错将电源零线与plc公共线调错了,导致烧坏plc的输入点;一次系统电源变压器零线排线因腐蚀而中断,导致接入电源从220v升到380v。烧坏了plc的电源模块,整改时可以增加380v/220v的隔离控制变压器;西门子的s7-200系列plc,其输出公共端标1l、2l等,工作电脑为ac l1 n表示,24v电源为l+m表示,经验不足的人员容易弄错,错将l+m当作220v电源端子送点瞬间就将烧坏plc的24v电源。所以平时plc接线时,要注意这些问题,避免由于外部原因造成故障。
总之,plc、cpu等硬件损坏或者软件运行出错概率较小,plc若不是强电入侵所致输入点几乎不会损坏,若外围负载没有短路或是设计合理,输出继电器常开点触点寿命也很长。因此根据长期实际经验查找故障点,重点要放在plc外围电气元件上,对于快速维修好设备,恢复运行很重要。平时尽量把plc出现的故障做相关记录,做统计,分析容易出现的问题,也有利于平时的维护检修工作。
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