6ES7223-1BL22-0XA8技术支持

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可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）作为工业自动化的三大支柱（机器人、CAD/CAM、PLC）之一，以其可靠性、灵活性在工业控制领域迅猛发展，得到了越来越广泛的应用。然而，PLC并不是单独工作的，与之相连的有上位机和外联设备，有的还有模拟屏等，整个构成PLC系统。在这个系统中，往往一出故障就很难判断究竟是哪一部分引起的。
笔者近几年在维护和修理PLC系统中，总结了一些快速查找PLC系统故障原因的经验，现与大家交流如下。
一个典型的PLC系统包括一个现场PLC站，和通过高速数据线与之相连的上位机以及模拟屏PLC站，上位机用以显示各种图形和数据，模拟屏PLC站用来驱动模拟屏上的发光二极管。整个PLC系统与外联设备相接，就构成了一个自动控制系统。
通常将PLC当作一个黑盒子，我们可以简单地根据I/O信号来判断故障的位置。判断故障的情况有两种，即模拟屏上闪烁的故障信号和该运行的设备在模拟屏上无显示。
1、模拟屏上闪烁的故障信号
根据PLC控制站图纸，先检查该设备在模拟屏PLC柜内的显示状态，如果相符合再检查现场PLC柜的显示状态，同样符合时再继续检查PLC柜的I/O端子、外联设备的I/O端子，并由此推断出是设备故障还是PLC故障。以上过程可以用下面的框图表示（如图1）。

 
图1
判断PLC柜I/O端子、外联设备的I/O端子是否与状态信号相符的方法很简单，只要用万用表的直流电压档测量端子号与公共端的电压值，为24V表示断开，无信号；为0V表示接通，有信号。
2、该运行的设备在模拟屏上无显示
此时应判断是PLC没有给运行信号，还是给了运行信号而设备有故障不能运行。
我们可以从现场的PLC柜的输出模块地址中观察有无信号显示，继而检查PLC站输出继电器有无吸合，再看外联设备的电气柜有无驱动信号。如有，而设备无运行，则是设备有故障，如果设备正常运行，则应从外联设备的输入端往回查，过程正好与种故障检查过程相反。
以上过程可用下面框图表示（如图2）：
 

图2
如果设备正在运行，则按以下框图检查（如图3）。
对模拟信号的检测，因仪表采用的是4~20mA输入，所以在模拟信号输入端串联一个万用表，检测模拟信号的电流值，并与PLC的输出值做比较，便可知道数值是否正确。
 

图3
有一种简单的方法可以迅速判断是PLC故障还是电器设备的故障，就是采用短路法：将外联设备状态输入线断开，用一条导线将输入端口和公共线相连，这意味着给PLC一个接通的信号，如果PLC有显示，则PLC正常；反之为PLC故障。
找到故障点以后应做出相应的处理。一般来说PLC发生故障的可能性较小，大部分故障原因是接线松了，或线接错了，或继电器有故障等，亦有PLC模板烧毁的情况，这时只能将PLC模板换掉。记住一定要断电操作，否则容易把好的模板烧毁，亦可能会牵连到PLC处理器

　0 引言

　　随着科学技术及信息技术的快速发展， 自动化控制系统的要求越来越高，对于自动化控制系统的研究也越来越得到人们的关注。通常情况下，自动化控制系统可以分为两大部分，分别是：控制端以及执行端。这两大部分的功能均可由自动化控制系统中的计算机来实现，而控制端与其他外界端进行执行互动的连接则可以通过光通信的方式实现。本文将重点研究基于PLC的自动化控制系统的配置及组态分析。

　　1 PLC的原理剖析

　　1.1 PLC的基本组成

　　PLC，也就是可编程控制的简称，是继电器技术及控制技术相结合的重要产物，可以看作是借助于微型处理器而实现控制功能的终端。PLC的组成与计算机系统非常类似，主要涉及到：处理器、存储设备、接口以及电源等。其基本组成如图1所示：

　　此外，PLC还包括了编程方面的设备与软件。

　　其中，编程设备是实现程序编辑以及调试的重要平台，甚至还可以监控PLC的参数状态。编程软件的发展也是近几年来的执点，PLC可以为用户提供软件平台，用户借助于计算机联机的模式可以实现编程的共享，甚至还可以实现系统仿真。

　　1.2 PLC的的工作流程

　　PLC的工作流程是在中央处理器CPU的监控下完成的。PLC在供电的情况下，可以循环地实现系统内部的各种业务。整个工作流程如下描述：

　　1）对PLC进行供电以及初始化处理，将PLC内部的继电器等部件进行清零操作，将所有定时器进行Resert复位。同时，PLC进入周期性的自诊断，进行相关的语法检查，涉及到的部件有：电源、电路以及程序等。

　　2）PLC进入扫描阶段， 完成PLC与其他设备之间的信息交互，并检查PLC与外界设备之间的连接状态，保证扫描阶段与外界设备之间信息交换的顺序完成。并启动用户程序，仍然是以扫描的方式进行某一条语句的按序执行，保存执行结果。

　　3）PLC完成输入输出方面的信息处理，将保存的执行结果存入对应的映像区， 同时传送到外部被控设备。PLC循环地扫描，持续地完成上面的工作流程，直到机器停止为止。

　　2 基于P LC的自动化控制系统的配置研究

　　2.1 PLC自动化控制系统的配置原则

　　PLC自动化控制系统的基本的配置原则是：

　　从粗到细。当某一配置操作完成好后，可以重复配置，并对配置进行更新，从而实现不断完善的配置处理。具体的配置原则如下描述：

　　1）借助于类比法基本确定一下所选择的产品以及对应的机型，选择产品时应该按照可继承、可发展的基本原则。

　　2）计算模块数的时候应该遵循完整性原则，并充分考虑备份的相关设置，确定系统的可靠性。

　　3）PLC 自动化控制系统的投入都要有经费的支持， 因此经济可行性原则是选择配置方案的一个重要方面，必要的时候可以选择一些实物性的测试实验，对配置作进一步修正处理。

　　2.2 PLC自动化控制系统的配置方法

　　1）PLC自动化控制系统的输入与输出点。

　　PLC自动化控制系统的输入可按下式（1）进行配置：

　　其中，PLC 自动化控制系统的输入件的个数由加以表示；输入器件的工作状态由加以表示，而输入器件的类型个数则是由I参数加以表示。

　　PLC 自动化控制系统的输入可按下式（2）进行配置：

　　其中，PLC自动化控制系统的输出件的个数由加以表示；输出器件的工作状态由加以表示，而输出器件的类型个数则是由I参数加以表示。

　　2）PLC 自动化控制系统的模块数。

　　配置好PLC系统的输入与输出点后，还要明确系统的模块。针对输入点，必须确定电压的不同，主要区别一下是交流电还是直流电， 电压信号之间有没有相应的隔离条件；针对输出点，必须确定输出的具体模式，主要涉及到：半导体、回路以及继电器等输出模式。后，在确定模块数的基础上，选择合适的槽位，并确定对应的机架数。

　　3）PLC自动化控制系统的通讯网络。

PLC 自动化控制系统的通讯涉及到不同地理位置的控制装置，因此必须借助于通讯网络实现介质的连接与信息的传递。通常情况下，PLC自动化控制系统的通讯网络涉及到三大方面：设备网络层、控制网络层以及信息网络层。分别实现设备、PLC间以及管理层之间的信息连通。

　　2.3公用PLC自动化控制系统的具体配置

　　公用PLC自动化控制系统涉及到的控制设备较多，安装点也不太集中。从成本以及可靠性的角度进行考虑的话，公用PLC自动化控制系统可以配置两个远程终端柜以及两个操作平台。系统相关的变频器可以统计安装在PLC室。两个远程终端柜中的一个可以直接安装在液压站，完成相关设备的检测处理；另一个可以安装在切割站，完成设备的控制处理。在整个工作的过程中，可以借用于DNB模块，实现PLC编辑器的数值读取以及反馈。

　　公用PLC自动化控制系统如图2所示。

图1 公用PLC自动化控制系统

　　图2中的输入输出柜可以借助于CONtrolNet的模式完成与变频设备之间的通讯，采用分布式的连接布局，可以有效减少了拉线、安装等相关的费用，也很好地提升了自动化控制系统的可靠及稳定性。通过PLC对变频设备的有效控制，实现了利用一根电缆就可以完成，从而避免安装复杂的外部连接线， 简化r变频设备的线路连接，也在一定程度上减少了变频设备可能发生故障的机率。此外，变频设备的共同稳定运行过程中，通讯网络可以简便地实现状态以及信息数据的读取与反馈，并能够很好地实现灵活运用。 

　　3 基于P LC的自动化控制系统的组态分析

　　3.1组态的基本内容

　　组态是PLC 自动化控制系统的模拟，是把中央处理器、模块以及电源等相关器件进行安装，同时设置并修改模块参数的一个过程。如果用户提出修改的请求，则应该对网络通讯进行相关设置，或者通过外设与主站进行连接，这个时候就要进行组态的操作。

　　PLC 自动化控制系统中，机架主要涉及到主机架以及扩展机架的组态，而且机架的配置应该遵循一定的规范，规定哪些槽位安装电源、哪些槽位安装中央处理器，哪些槽位安装接口模块等等。其中，主机架的组态必须严格按照分布状态进行配置，而扩展机架可以按照网络、远程柜以及变频器件这三大类组态进行分析。首先要明确扩展机架的安装位置，其次按照组态原则进行模块的添加。

　　3.2模块组态的参数分析

　　模块组态的参数涉及到：模块的名称、机架安排号以及组态匹配模式等。针对模拟信号的I／0，PLC 自动化控制系统的组态处理应该严重根据被测量数值，对一些重要参数进行标定， 比如：信号的类型、偏移数值以及过滤时间等等。这个标定主要是为了实现组态转换后的数值设定。

　　如果标定的数值使能时，那么相关器件将会把模块数值根据一定的比例实现转换，从而完成器件上限与下限之间的转化。如果器件设置了一定的过滤时间，那么PLC 自动化控制系统的中央处理器就在系统循环扫描周期前获取模块数量对应的输入参数值，可以直接将该输入参数值作为系统采样的一个平均数值。如器果PLC 自动化控制系统并没有设定相关的过滤参数，那么中央处理器将不会在循环扫描周期前获取模块数量对应的输入参数值，而是直接在用户对通道进行访问操作时，获取当前的输入参数值。

　　4 结束语

　　PLC 自动化控制系统不仅可以代替一些继电系统，而且可以使硬件软化，提高控制系统的灵活性与稳定性，甚至还具有调节、通讯以及联网的功能，可以看作是控制系统的一个有利系统。而且以PLC为核心的其他控制系统也得到了越来越多人的关注，包括集散控制系统、柔性制造系统以及运动控制系统等，相信在不久的将来，基于PLC的各类控制系统将得到越来越广泛的研究与应用