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[摘 要]随着现代自动化控制技术的发展，在建材业生产过程中，PLC控制系统越来越被广泛地应用。目前，多数TKD系列继电器控制系统已被西门子PLC控制系统所代替，假如一旦发生故障，整个自动化控制系统失效，有些工作人员对此不知所措。因此，充分掌握西門子PLC控制系统的工作原理是相当有必要的，以及了解其常见的故障，并对其进行有效地预防更是很重要的。鉴于此，本文主要针对西门子PLC控制系统的工作原理以及故障的分析入手，希望可以为同行业人员提供帮助。
[关键词]西门子PLC控制系统；工作原理；常见故障
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）19-0285-01
随着自动化控制技术的不断完善，西门子PLC 在自动化操作中有着不可替代的地位，西门子PLC 在中国运用广泛，涉及各行各业，在生产、生活中具有重要作用。
1 西门子PLC简介
西门子PLC，即德国西门子公司生产的可编程二进制控制器，已经运用于各行各业。1975年德国西门子公司第一次将产品SIMATICS3投放进市场，就引发了巨大的轰动，这是西门子最原始、简单的二进制控制器。1979年西门子公司推出了SIMATIC S5，S5与S3相比S5更为“聪明”，因为S5运用了微处理器。随后的几年里，又出现了以S5为基础的U系列的产品，直至1994年S7的诞生使PLC系列产品出现质的飞跃，1996年推出PCS7系统，而现在西门子公司又推出TIA全自动系统。PLC操作简单，系统编程简单，工作效率高且错误率极小。PLC可靠，因为本身的硬件设施较为简单（无太多活动、连线电子元件），所以便于维修，又自带独特的设计如断电保护、信息保护等，使PCL在生产运用中更为安全可靠。PCL操作灵活，由于硬件、编程语言等特点，PCL在实际操作中更加灵活。
2 PLC控制系统故障分布情况
一般而言，为了能够最大限度延长PLC控制系统的使用期限，需要科学预测发生故障的地点，详细了解哪些部分最容易发生故障，以便于采取针对性的措施。多数系统95%的故障出现在外设，只有5%的故障出现在PLC本身系统中，所以在维修系统故障时需要认真观察外部设备。在PLC控制系统故障中，约有10%属于控制器内部故障，其余90%则出现在I/O模块中。
3 西门子PLC控制系统工作原理
当PLC在运行的时候，其工作可以分为三个阶段：PLC的输入采样。在此阶段PLC则会以扫描的形式对数据、输入状态进行读取，在读取采样结束后，将数据输入后两个阶段即用户程序执行和输出刷新。PLC用户程序执行。PLC在执行时候以梯形的模式自上而下的进行程序扫描，而在梯形每一级中又进行从左向右的扫描，然后进行运算得出运算结果，自动进行刷新找出对应RAM储存中的数据，再找出I/O映像中对应的状态，最后输出将要执行的指令。PLC刷新输出。何为刷新输出，即PLC真正输出。在用户执行后的阶段，PLC的CPU找出数据对应的I/O映像，再通过输出锁存电路，最后将命令传达到相应的设备中，执行其命令。
4 提升西门子PLC控制系统故障处理措施
4.1 第一层PLC控制系统外设故障
在判断第一层故障时，可根据PLC的输入、输出指示灯判断。第一层故障类型主要有以下几种：继电器、接触器的故障；阀门、闸板的故障；开关故障，包括限位开关、远控转换开关等；接线盒、接线端发生故障；传感器、仪表也要进行检测，排除故障；最后要检查的是电源、地线和信号线的干扰等。对以上这些项目进行排查，一旦发现故障原因，及时采取措施。对PLC控制系统进行外设故障处理时，要先从设备的安全回路开始排查，设备安全回路就像是人大脑的神经系统，控制着整个生产工艺，设备任何一个部分都离不开安全回路，因此要先对其进行排查，确认是否出现问题。
4.2 第二层PLC控制器故障
首先，需将PLC运行程序设置成在线监控状态，利用梯形图显示出某一线路输入/出状态。如果软触点显示出不同的颜色说明处于不同状态，比如：绿色表示通，无色表示程序不通。进一步找出输入元件，如果输入信号送至第二层控制器，需要找出输出元件，当发现处于接通状态，说明输出信号已经在控制系统的寄存器内形成。若输入输出的某一个端口坏了，则需要运用冗余端口，对程序稍作改动，就可以恢復正常运行状态。
4.3 第三层PLC故障分析
判断第三层的故障主要是根据故障现象，控制器内部电路其实就是一个单片机或单片机系统。当发现某一组8个分路出现故障时，可能是由锁存器芯片损坏造成的；当32个分路都发生故障时，很有可能是编码控制单元部分出现了问题，这时需对各个分路及各个元件进行仔细检查，排查故障出现原因，如需要，可换一个新的译码芯片。判断控制器CPU是否出现故障也是第三层PLC故障分析中不容忽视的一大环节。a）要让原始用户程序消失。需将CPU主板中锂电池取出，然后用短线接在CPU正负极上，通过短接放电，这样原有用户程序便会消失；b）接好锂电池，通过编译器将仅有的一个用户语句输入CPU，断开所有外部I/O控制与扫描等，对CPU实施冷态启动。当冷态启动失败时，需对CPU在内的所有硬件系统予以重新检测。即在PLC系统的最原始点开始，一点一点地进行探索、排查故障。当冷态启动正常时，说明主机系统正常，不存在故障，这就需通过编译器重新下载用户程序，将软件与硬件区分开，一步一步寻找故障原因。
5 西门子S7-300 PLC控制系统故障分析处理
5.1 使用S7-300系列的西门子编程软件，发生死机现象处理对策
先将PLC断电重启，如果该现象依然存在则需要将存储卡拿出来重新送电，同时将开关灯向下移动等待约10s再运行，现象依旧未消失则说明程序软件发生问题，需要将程序备份，检验其是否与PLC程序相符，再清空OB1，编译并且下载程序，判断是否发生硬件组态故障。
5.2 西门子数据块试验
先选中需要检验的数据块，在选择菜单中选择CompareB locks能够检验出其和程序是否相符。同时，在修改程序之前若不相符，系统通常会有所提示。若无被调用的数据块，编程软件会自动监视但是在右下方的监视状态中可能无进度条。
5.3 做西门子总线时做好相关工作
在做西门子总线时要先做好每个子站再做网络，在调试网络的过程中需将接地线系统连接起来，预防烧坏元器件。西门子PLC控制系统偶尔出现监视不上，可能与波特率设定失误有关，此时需要更新编程软件。
综上所述，PLC控制系统对于提升机的整个工作过程发挥着至关重要的作用，因此，及时检测排除PLC系统故障，对于矿井开发有着不容忽视的意义。
参考文献
[1] 张仲锋.西门子PLC自动控制系统故障现象分析及处理[J].中华纸业，2015，08：48-50.
[2] 高会山.提升机及西门子PLC控制系统故障处理分析[J].能源与节能，2015，05：136-137+148.
[3] 许峰，张建龙.西门子S5系列PLC控制系统故障分析与处理[J].中国设备工程，2005，04：39-40.
[关键词]西门子PLC控制系统；工作原理；常见故障
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）19-0285-01
随着自动化控制技术的不断完善，西门子PLC 在自动化操作中有着不可替代的地位，西门子PLC 在中国运用广泛，涉及各行各业，在生产、生活中具有重要作用。
1 西门子PLC简介
西门子PLC，即德国西门子公司生产的可编程二进制控制器，已经运用于各行各业。1975年德国西门子公司第一次将产品SIMATICS3投放进市场，就引发了巨大的轰动，这是西门子最原始、简单的二进制控制器。1979年西门子公司推出了SIMATIC S5，S5与S3相比S5更为“聪明”，因为S5运用了微处理器。随后的几年里，又出现了以S5为基础的U系列的产品，直至1994年S7的诞生使PLC系列产品出现质的飞跃，1996年推出PCS7系统，而现在西门子公司又推出TIA全自动系统。PLC操作简单，系统编程简单，工作效率高且错误率极小。PLC可靠，因为本身的硬件设施较为简单（无太多活动、连线电子元件），所以便于维修，又自带独特的设计如断电保护、信息保护等，使PCL在生产运用中更为安全可靠。PCL操作灵活，由于硬件、编程语言等特点，PCL在实际操作中更加灵活。
2 PLC控制系统故障分布情况
一般而言，为了能够最大限度延长PLC控制系统的使用期限，需要科学预测发生故障的地点，详细了解哪些部分最容易发生故障，以便于采取针对性的措施。多数系统95%的故障出现在外设，只有5%的故障出现在PLC本身系统中，所以在维修系统故障时需要认真观察外部设备。在PLC控制系统故障中，约有10%属于控制器内部故障，其余90%则出现在I/O模块中。
3 西门子PLC控制系统工作原理
当PLC在运行的时候，其工作可以分为三个阶段：PLC的输入采样。在此阶段PLC则会以扫描的形式对数据、输入状态进行读取，在读取采样结束后，将数据输入后两个阶段即用户程序执行和输出刷新。PLC用户程序执行。PLC在执行时候以梯形的模式自上而下的进行程序扫描，而在梯形每一级中又进行从左向右的扫描，然后进行运算得出运算结果，自动进行刷新找出对应RAM储存中的数据，再找出I/O映像中对应的状态，最后输出将要执行的指令。PLC刷新输出。何为刷新输出，即PLC真正输出。在用户执行后的阶段，PLC的CPU找出数据对应的I/O映像，再通过输出锁存电路，最后将命令传达到相应的设备中，执行其命令。
4 提升西门子PLC控制系统故障处理措施
4.1 第一层PLC控制系统外设故障
在判断第一层故障时，可根据PLC的输入、输出指示灯判断。第一层故障类型主要有以下几种：继电器、接触器的故障；阀门、闸板的故障；开关故障，包括限位开关、远控转换开关等；接线盒、接线端发生故障；传感器、仪表也要进行检测，排除故障；最后要检查的是电源、地线和信号线的干扰等。对以上这些项目进行排查，一旦发现故障原因，及时采取措施。对PLC控制系统进行外设故障处理时，要先从设备的安全回路开始排查，设备安全回路就像是人大脑的神经系统，控制着整个生产工艺，设备任何一个部分都离不开安全回路，因此要先对其进行排查，确认是否出现问题。
4.2 第二层PLC控制器故障
首先，需将PLC运行程序设置成在线监控状态，利用梯形图显示出某一线路输入/出状态。如果软触点显示出不同的颜色说明处于不同状态，比如：绿色表示通，无色表示程序不通。进一步找出输入元件，如果输入信号送至第二层控制器，需要找出输出元件，当发现处于接通状态，说明输出信号已经在控制系统的寄存器内形成。若输入输出的某一个端口坏了，则需要运用冗余端口，对程序稍作改动，就可以恢復正常运行状态。
4.3 第三层PLC故障分析
判断第三层的故障主要是根据故障现象，控制器内部电路其实就是一个单片机或单片机系统。当发现某一组8个分路出现故障时，可能是由锁存器芯片损坏造成的；当32个分路都发生故障时，很有可能是编码控制单元部分出现了问题，这时需对各个分路及各个元件进行仔细检查，排查故障出现原因，如需要，可换一个新的译码芯片。判断控制器CPU是否出现故障也是第三层PLC故障分析中不容忽视的一大环节。a）要让原始用户程序消失。需将CPU主板中锂电池取出，然后用短线接在CPU正负极上，通过短接放电，这样原有用户程序便会消失；b）接好锂电池，通过编译器将仅有的一个用户语句输入CPU，断开所有外部I/O控制与扫描等，对CPU实施冷态启动。当冷态启动失败时，需对CPU在内的所有硬件系统予以重新检测。即在PLC系统的最原始点开始，一点一点地进行探索、排查故障。当冷态启动正常时，说明主机系统正常，不存在故障，这就需通过编译器重新下载用户程序，将软件与硬件区分开，一步一步寻找故障原因。
5 西门子S7-300 PLC控制系统故障分析处理
5.1 使用S7-300系列的西门子编程软件，发生死机现象处理对策
先将PLC断电重启，如果该现象依然存在则需要将存储卡拿出来重新送电，同时将开关灯向下移动等待约10s再运行，现象依旧未消失则说明程序软件发生问题，需要将程序备份，检验其是否与PLC程序相符，再清空OB1，编译并且下载程序，判断是否发生硬件组态故障。
5.2 西门子数据块试验
先选中需要检验的数据块，在选择菜单中选择CompareB locks能够检验出其和程序是否相符。同时，在修改程序之前若不相符，系统通常会有所提示。若无被调用的数据块，编程软件会自动监视但是在右下方的监视状态中可能无进度条。
5.3 做西门子总线时做好相关工作
在做西门子总线时要先做好每个子站再做网络，在调试网络的过程中需将接地线系统连接起来，预防烧坏元器件。西门子PLC控制系统偶尔出现监视不上，可能与波特率设定失误有关，此时需要更新编程软件。
综上所述，PLC控制系统对于提升机的整个工作过程发挥着至关重要的作用，因此，及时检测排除PLC系统故障，对于矿井开发有着不容忽视的意义。
参考文献
[1] 张仲锋.西门子PLC自动控制系统故障现象分析及处理[J].中华纸业，2015，08：48-50.
[2] 高会山.提升机及西门子PLC控制系统故障处理分析[J].能源与节能，2015，05：136-137+148.
[3] 许峰，张建龙.西门子S5系列PLC控制系统故障分析与处理[J].中国设备工程，2005，04：39-40.