西门子PLC系统硬件故障的分析与处理

张文慧

【摘 要】随着技术的不断成熟，PLC系统的功能也得到了完善。与此同时，一些硬件故障的问题依然存在于实际的生产中，影响着系统功能的正常发挥。结合实际经验可知，西门子S7-400PLC系统常见的硬件故障有一定的规律可循。对常见的硬件故障采取一些恰当的防范措施和处理措施，能够保障PLC系统的良好运转。

【关键词】西门子PLC系统 硬件故障 诊断与分析 处理方法

随着工业经济的发展，西门子PLC系统得到了较为广泛的应用。作为数字电子装置，其内部的硬件对整个系统的运作状况起着非常重要的影响。一旦出现硬件故障，则系统无法保持稳定连续的自动化操作。本文结合西门子PLC系统在生产中的应用，对硬件故障的表现和成因进行了简单的分析，并提出了相应的解决办法。

1 西门子PLC系统的概况

1.1 PLC系统的概况

PLC系统包含着一系列复杂的运算程序，从逻辑运算，到顺序控制、时间顺序、计数和算数运算，形成一个自动处理数据的完整流程。因此，只要将符合条件的指令输入到存储器中，就能够通过模拟、数字等输入和输出软件进行控制，控制的内容不仅包含了机械设备，也涉及到整个生产的过程。一般来说，典型的PLC系统包括CPU模块、电源模块和一些I/O模块，而这些模块又通常被安装在一块背板上。遵循着简单方便的原则，PLC系统在多年来的发展与进步中保持着人性化设计的方向。因此，尽管现代的PLC系统在功能上已经得到了较大的完善，但是操作依然简单便捷，并不因此而复杂艰难。总的来说，PLC系统由于体积较小，需要的安装空间不大，所消耗的能源较少。根据生产的实际情况，如果在基本的控制功能之外还需要加入一些特定的其他功能，则可以在背板上加入可选的特殊功能模块，将所需的程序设计进去。

1.2 PLC系统的优点

西门子PLC系统作为可编程逻辑控制器，具有自动化程度高、操作方便、性能稳定等优点，因此得到了不同行业生产的接纳与推广使用。将PLC系统用于工业生产，能够有效提高工业生产的自动化水平，从而极大的提高生产的效率。PLC系统主要的作用分为开关量控制、限时控制、数量控制、步进控制几大类，以及相应的计算处理作用，如数据处理、模拟量处理、通讯和互联网处理等等。根据具体使用需要的不同，往往在设计和制造PLC系统的时候可能会存在着结构、形状、大小、种类等不同。但总的来说，几乎所有的PLC系统都有一些共同的特点。除了投运周期短、造价便宜等优点之外，PLC最大的优点是控制系统的简单快捷[1]。

2 西门子PLC系统的硬件故障分析与处理

2.1 PLC系统硬件故障的识别

西门子PLC系统具有较强的稳定性，抗干扰的能力也很强，这也就是说一般来说系统出现故障的几率比较小。如果出现问题，则主要是分为硬件上的故障和内部的故障。所谓内部故障，多指的一些软件上的问题。例如编辑的程序出现问题或者发生功能性的错误。而硬件故障则主要是由于系统零件出现问题而导致整个控制系统无法正常工作的情况。对于不同的故障类型，在具体的维修措施上有所不同。因此，当发现故障的时候，首先应该分清故障出现在哪一个具体的部位、是属于什么类型的故障，才能够进行下一步的维修处理。利用指示灯的功能，可以比较清楚的检测出故障的类型和所在。如果确定故障是属于硬件方面的，则应该进一步确定故障是发生在I/O模块还是控制器上。系统外部的设置包括了很多产品：接触器、继电器；安全保护开关、远控转换开关、限位开关等；电源、地线等；传感器、接线盒、仪表等。这些零件中任何一个部位都可能是引发硬件故障的原因，需要具体问题具体分析。这些故障主要是属于系统外设的故障[2]。

2.2 处理硬件故障的注意事项

就硬件故障来说，PLC系统主要是通过发挥系统自身的诊断功能来进行检测。最新的PLC控制系统已经能够自动诊断出大多数的硬件故障。但是对于一些比较精细复杂的问题仍然需要人工操作，才能够有效解决。

PLC系统自我诊断有一套比较固定的流程。首先是进行整体的检查，依次检查电源、运行灯、输入和输出接口等处是否正常工作。根据检查的具体结果作进一步的细致检查，比如电源灯不亮的话则应考虑为电源出现问题。接下来则对电源的接口、线路是否出现故障等问题进行仔细的排查，直到找出问题的根源。如果以上内容都处于正常工作的状态，则应对微处理器进行检查或更换。其次，还要对PLC系统的外部运行环境进行检查。由于电子系统对环境十分敏感，空气的湿度、清洁度、周边温度等因素都会直接影响PLC控制系统的运行情况。因此，对腐蚀性物质、周边环境的细致检查也是分析硬件故障的必要环节之一。

有时看似软件故障的问题也可能包含着硬件的故障，需要进行综合处理。如果设备应用程序出错，除了考虑网络故障或者信号干扰故障之外，还应考虑到控制器的电路系统是否正常。这时可以重新输入备份程序，如果系统立即恢复正常运行，则说明是程序系统的故障；如果没有恢复，则应当认真检查单片机系统是否出了问题。很有可能就是部分电路或者相关的元件发生了损坏，才导致了故障。如果是因为锁存器芯片损坏了引发的故障，则需要更换一块同样型号、同样功能的芯片。为了保证PLC的运转，也需要对软件系统进行检测和维修。要注意常见的网络故障和信号干扰问题，及时检查电气设备的状态。对于易磨损的硬件设施，应该定期进行清理和检查，及时更换老旧的元件。另外，还需积累一些关于常见的硬件故障的处理经验。例如，当运行灯不亮时，可以采取这些方法：更换程序；检查电源线路是否正常；更换CPU单元，并修改I/O单元号等等。虽然经验不完全保证准确，但是却能够减少维修的时间，节约更多的人力物力。在检查分析硬件故障的时候也要讲究方法，尽可能快速的找到问题根源，采取有效措施。除了直接进行检查，还可以采用逐步缩小检查范围的方法来锁定故障的位置，这一方法能有效避免重复，且检查的结果比较精确；或是采取对比替换法检查元件的状态，一经对比有问题的元件就会立刻显现出来。再或者可以利用专业的检测仪器来进行硬件故障的分析和处理[3]。

2.3 PLC系统硬件故障的分析与处理

上文已经对如何检测归类PLC系统故障、如何全面采取措施预防和处理硬件故障两个问题进行了详细的叙述。下面本文将结合实际使用中的具体情况，来逐条分析PLC系统的硬件故障及处理办法。

（1）控制器。如果是控制器发生故障，则可能是输入模块或者是电压出现异常。电压的异常可以通过测量两端的电压判断出来。为了保证电压故障检测的正确性和安全性，应该首先关闭相关的输电设备，再进行电压检测。而输入模块的故障则需要在系统自动检测的基础上，让专业检修人员采取进一步的措施才能够得到比较正确的检测。系统自动检测主要是利用梯形图监控PLC系统的运行状态。如果指示灯显示出现故障，则进一步分析到底是输入接口还是输出接口出现问题。发现问题端口之后，改动相应程序恢复正常运行。然后再由人工对端口进行维修或者更换。（2）电源。PLC系统本身的电源部件需要将交流电转化为直流电，如果电源出现问题，首先应考虑是否部件的寿命已经到期。正常的电源部件需要5年一换，如果是部件的问题，则重新更换完全一样的部件即可。其次应该考虑过电流引起的熔丝熔断，而引发过电流的原因又可分为CPU和I/O单元内部的部件发生故障，或者是触碰到金属而导致电路短路。然后还应该考虑是否电压不稳而造成电源无法正常使用。（3）I/O卡件。首先应检查总线插座是否连接良好，接口处是否完好。如果经过判断发现I/O卡件出现故障，则可以更换通道或是用备用卡件更换。内部元件的老化和陈旧可能会导致卡件无法正常工作，而对卡件内部进行检修比较困难，直接更换卡件更为快捷高效。同时需注意I/O连线走向的问题，尽量避免与其他线路出现重叠[4]。（4）通讯卡件。通讯卡件能够确保PLC系统内部信息传达的畅通。首先通讯卡件的线路出现问题的话，则通讯系统也会随着出现故障。其次，接头处的连接也会影响通讯效果。总的来说，如果通讯卡件出现故障，则应该进行更换。但需要注意的是更换以后的通讯卡件应该重新设置通讯参数，否则不能恢复正常的通讯。（5）以太网交换机。作为连接计算机网络的关键元件，以太网交换机承担着重要的输入输出作用。对于以太网交换机的各处接口应当首先进行仔细检查，如果接触不良，则不能正常使用。如果接线和接口都没有问题，则应考虑是否因为接口坏掉而无法使用。再然后则应该考虑交换机内部的元件是否有老旧退化的现象，进而详细排查。对于能够维修的元件课维修也可更换，但注意更换时必须使用同一型号、同样规格的替换元件。如果交换机无法维修，则可以直接更换一个新的。

3 结语

以上是西门子PLC系统中常见的几个硬件故障，通过分析可以得出一般的解决措施为：当发生硬件故障时，首先需要及时检测出故障所在，然后需要排查出现问题的元件，进而维修或更换部件。

参考文献：

[1]赵爱军.西门子PLC系统硬件故障的分析与处理[J].仪器仪表用户，2012（05）：83-84+79.

[2]郝睿.西门子PLC系统硬件故障的分析与处理[J].电子制作，2014（09）：46.

[3]孙慧.西门子PLC系统常见故障分析[J].化工自动化及仪表，2014（09）：1101-1102.

[4]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.