西门子PLC控制系统工作原理及常见故障分析

周政伟

摘 要：随着社会经济发展速度的不断提升及科学技术的快速发展，可编程序控制器在各行各业得到了广泛地应用与推广。西门子PLC控制系统能否正常运行对企业发展至关重要。为此，本文主要对西门子PLC的概况、工作原理及PLC S7—200常见故障及解决措施进行了分析与探究，以期为企业可持续发展提供可靠地技术保障。

关键词：西门子PLC控制系统；西门子PLC S7—200；故障分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.135

1 西门子PLC的概况及工作原理

在我国冶金、化工、印刷生产线等领域德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器得到了广泛地应用。LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等为西门子（SIEMENS）公司PLC产品的主要类型。其中西门子S7系列PLC具有小体积、速度快、标准化等特点，与其他类型相比，S7系列PLC网络通信能力与功能将为强大，并具备较高可靠性。S7-200（微型PLC）、S7-300（小规模性能要求的PLC）和S7-400（中、高性能要求的PLC）等为S7系列PLC产品的重要组成部分。伴随现代化生产发展需求，可编程控制器应运而生。通常情况下，可编程序控制器可从三个角度进行分类，分别为控制规模、控制性能与结构。在投入使用PLC后，其工程流程主要包含采样输入、用户程序执行与输出刷新。以上流程完成后可称为一个扫描周期。在整个运行过程中，以一定的扫描速度PLC内CPU可重复执行以上流程。其工作流程具体如下：

1.1 采样输入

在采样输入环节，以扫描方式PLC按照顺序将全部输入状态、数据读入，并在I/O映象区的一定单元中存储。完成采样输入工作后，即可进行用户程序执行和输出刷新工作。在以下2个环节，如输入状态和数据出现改变，则不会影响I/O映象区内一定单元的状态和数据。

1.2 用户程序执行

PLC在用户程序执行环节，可遵循从上到下的顺序对用户程序（梯形图）依次进行扫描。在每条梯形图扫描中，应对梯形图左边控制线路（由各触点组成）先进行扫描，随后根据左—右、上—下的顺序逻辑运算触点组成的控制线路，并遵循预算结果，在系统RAM存储区刷新该逻辑线圈的对应位状态，也可以在I/O映象区刷新该输出线圈的对应位状态，或确定该梯形图所规定的特殊功能指令是否执行。

2 西门子PLC S7—200常见故障及解决措施

2.1 西门子S5系列PLC与西门子PLC S7—200内部RS485接口电路分析

作为上个世纪80年代德国西门子推出了小型可编程序控制器，S5系列PLC具有可靠地性能与结构紧凑的模块化设计，其中多种型号按照I/O点数、功能等因素，可进行通用型（U型）、字处理型（W型）、开关型（R型）等多种类型地划分。

伴随使用年限的不断增加，S5系列PLC往往会出现多种故障，通常可分为两种：软故障、硬件故障。其中软故障处理较为简单，一般可选取PG进行处理。如由于模块化结构导致PLC自身硬件故障，应对故障模块先进行确定，在选取更换方式，这样可有效提升维修速度。随着科学技术水平的不断提升及经济全球化地不断深化，目前S5系列PLC正逐步退出市场及停止生产。作为西门子自动化系统的控制核心，S7系列PLC更具有优势，相比S5系统PLC，其优点主要包括可靠、便于操作、灵活等。在分析西门子PLC S7—200常见故障前，应对其内部RS485接口电路图（图1）进行了解。本图内阻值为10欧的普通电阻由R1＼R2表示，其功能为避免RS485信号D+与D-短路时出现电流烧损芯片的情况。钳制电压（6V）由Z1＼Z2表示，10A齐纳二极管为最大电流，24V电源与5V电源共地没有进行隔离。

2.2 西门子PLC S7—200常见故障类型

（1）烧断R1＼R2，Z1、Z2与SN5176无损。因瞬态干扰电流较大，并向R1、R2、桥式整流、Z1、Z2流经时，10A电流为Z1、Z能够承载的最大冲击，但该电流在R1、R2上出现的瞬态功率为102X10=1000W，该情况下将烧断R1＼R2。（2）损坏SN5176， R1、R2、Z1、Z2无损。相比Z1、Z2动作速度，静电冲击、瞬态过电压速度较高时，静电到处存在，如人体模式也将有+15KV到—15KV静电的出现。（3）损坏Z1、Z2、SN5176，R1、R2无损。电压因高电压低电流瞬态干扰将击穿Z1、Z2，但因电流小与发生时间短等问题，不会损坏R1、R2。

2.3 西门子PLC S7—200常见故障的解决措施

从上述故障因素得知，瞬态过电压、静电为PLC接口损坏的主要原因，其中出现瞬态过电压、静电因素诸多，为有效解决以上故障，必须重视解决措施的选用。

（1）PLC内部解决措施。首先，隔离24V、5V电源，选取方式为隔离的DC；其次，选取RS485芯片做为材料，要求其具有静电保护、过热保护与输入失效保护等功能；再次，保护器件应选取较快响应速度、较大承受瞬态功率的TVS、BL浪涌吸收器，如6.8V为P6KE6.8CA的钳制电压，500W为承受瞬态功率，BL器件可对大电流冲击进行有效抗击，如超过4000A；最后，选取正温度系数自恢复保险PTC为R1、R2。

（2）PLC外部解决措施。选取隔离PC/PPT电缆，避免便宜非隔离电缆的使用。选取隔离总线连接器进行PLC RS485口联网，通过RS485隔离器BH—485G对变频器、触摸屏等和PLC联网的第三方设备进行隔离，这种情况下，无电联系就会出现在RS485节点，更不会出现无地线环流，即便损坏一个节点后，也不会对其他节点造成损害。

3 结束语

综上所述，西门子PLC S7—200作为西门子PLC控制系统的重要组成部分，随着使用年限的不断增加，西门子PLC S7—200产生了诸多故障，为此相关工作人员必须在充分了解西门子PLC工作原理的基础上，对其常见故障进行分析，并找出相应的解决措施，为西门子PLC控制系统的正常运作提供强有力地保障。

参考文献：

[1]余春燕.西门子PLC故障实例分析和处理探讨[J].电子技术与软件工程，2015（05）.