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该站点使用西门子S7 300 PLC。 该项目已经运行了一年多,并且一直存在问题,但是最近出现了问题。 现象是CPU每天第一次上电,大约30分钟后才开始出现。SF的,STOP灯亮。此时,CPU只能通过手动复位来恢复操作。此后,这种现象将随时出现,并且变得越来越频繁,有时甚至每个程序周期都将被关闭,从而严重影响了用户的生产。
根据故障情况,我们最初怀疑现场存在电磁干扰。因此,我们去了现场以解决问题。
到达现场后,我们首先观察PLC的运行情况。
我们发现在现场使用了西门子S7 314C-2PN / DP CPU。 在运行过程中,将发生系统故障,但是它将自动消失(图1)。
图1 PLC报告系统故障
之后,我们观察了故障的发生,发现该故障定期发生:在Q5时。4当动作时,SF灯将在Q3时点亮。4操作时,SF指示灯消失。
因此,我们怀疑程序有问题。通过读取在线诊断信息,发现CPU报告了BCD代码转换失败(图2)。
图2 CPU在线诊断信息报告BCD代码转换失败
与程序员交流后,发现上位机设置了一定的时间参数超限。该参数的设计设置范围应为0?99,但该字段的设置为100,因此,每次程序运行时,都会报告BCD码转换失败,并导致SF灯点亮,并且当 程序完成后,故障将消失。
将该值更改为0到99之间的任何值后,SF灯将不再点亮,并且不再发生系统故障。这是我们在现场发现的第一个故障,但是此故障并未导致现场设备关闭。
后来,当我们继续观察时,大约一个小时后,发生了突然的故障。现象是当CPU停止时,SF指示灯和STOP指示灯点亮,而5V指示灯点亮(图3)。
图3 CPU关机
此时,只有将CPU上的DIP开关设置为STOP位置,然后再返回RUN位置,才能正常重启CPU。
我们在线检查了CPU的诊断信息,发现此时CPU报告缺少IO模板(图4)。
图4在线诊断信息
根据诊断信息,应该是CPU无法立即识别其模板,从而导致CPU进入关机状态。
由于现场的电气柜中有许多继电器和接触器(图5),我们怀疑这些电感性负载的运行引起的干扰导致CPU导致关机,因此我们测试了CPU的电源。
图5继电器和接触器安装在机柜中
通过波形,您可以看到在CPU的24V电源线上,随着设备的动作,它可以检测到高频干扰的存在,并且某些信号很强(图6)。
图6在24V电源线上检测到的共模干扰
同时,在柜子内部,我们发现了一块镀锌板(图5)。我们估计镀锌板用于系统接地,但是实际情况是没有PLC系统接地线连接到镀锌板,也没有发现镀锌板连接到外部“地线”(图5)。
为了减少感应负载对PLC的影响,我们将PLC的安装底板连接到镀锌板上,同时将镀锌板连接到外部金属结构上(图6)。
图6 PLC接地
为此,在现场进行了一系列的改动以及接线和接线工作。但是随后我们发现,将系统连接到“地面”后,CPU运行了一段时间,然后仍然停止。
然后我们检测了PLC系统的220V电源线上的干扰情况,发现干扰信号仍然存在(图7)。
图7 PLC 220V电源线上的干扰
既然我们已经将系统接地,那么干扰信号是如何进入电源的?
我们进一步测试了CPU的M端子与PE之间的电阻,发现CPU的M端子与PE之间存在一个电阻值(图8)。并且该值在0?6M欧姆之间跳跃。
图8检测CPU的M和PE之间是否存在电阻
但是,314C系列CPU的24V电源M端子和PE端子应在内部短路,因此该电阻值应不存在。现场还有一个相同类型的CPU。 我们测试了另一个CPU,发现CPU的电源M端子和PE之间的电阻值为0欧姆。因此,这意味着CPU本身已经存在一些停机问题。
由于该行程是在现场进行的,大约需要30分钟,因此我们需要观察每次CPU关闭将近1小时的情况。 每次关机的情况都不一样,很难找到规则。但是,经过一段时间的观察,我们发现当设备的截止阀被激活时,PLC更容易关闭,并且几乎每一次关闭都在截止阀就位时发生。该阀对应一个接触器。 当阀体关闭到位时,接触器将打开(图9)。
图9接触器控制截止阀
当关闭阀被激活时,液压系统马达将启动。 因此,我们怀疑电机电缆接线不规范,会对系统的220V电源电缆造成干扰,因此我们发现电机电缆从电缆槽中分开布线,远离电源电缆,以避免相互之间的干扰 电缆,但随后我们发现CPU仍将停止。。因此,干扰不是来自电机电缆,应该有其他原因。
因此,我们在操作柜内接触器时再次检测到波形。由于接触器未配备浪涌吸收电路,因此在接触器工作时会产生脉冲干扰,有时干扰脉冲的幅度仍然很高(> 20V),但每个干扰脉冲的大小并不相同。这些干扰是否导致CPU停止?因此,我们测试了干扰脉冲。经过一段时间的观察,我们发现由于机柜中安装了更多的接触器和继电器,因此从示波器中可以看到许多干扰脉冲,并且幅度也不同。由于目前我们的重点是连接到截止阀的接触器,因此每次断开接触器时,我们都会特别注意示波器的屏幕,但是我们发现,尽管接触器的负载最大,但是 并非每次都将干扰幅度设为最高,有时某些高幅度的干扰脉冲会出现在屏幕上,但此时最大的接触器不会移动。当系统停止时,屏幕上没有高干扰脉冲。
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