該現(xiàn)場使用的是西門子的S7300的PLC,該項(xiàng)目運(yùn)行了一年多, -直有問題,但最近出現(xiàn)問題比
較頻繁,現(xiàn)象是每天從CPU第一-次上電運(yùn)行,大概30分鐘后,開始出現(xiàn)停機(jī)的情況,停機(jī)時(shí)SF、
STOP燈亮。此時(shí)只能通過手動(dòng)復(fù)位,CPU才能恢復(fù)運(yùn)行。而之后,該現(xiàn)象將隨時(shí)出現(xiàn),并且越來
越頻繁,甚至有時(shí)幾乎每個(gè)程序周期都會(huì)停機(jī),因此嚴(yán)重影響了用戶的生產(chǎn)。
我們發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場采用的是西門子S7 314C-2PN/DP 的CPU,在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)故障,但能夠自動(dòng)消失
之后,我們觀察了故障出現(xiàn)的情況,發(fā)現(xiàn)該故障的出現(xiàn)是有規(guī)律的:當(dāng)Q5.4動(dòng)作時(shí),該SF燈會(huì)亮,當(dāng)Q3.4動(dòng)作時(shí),該SF燈消失。
因此,我們懷疑是程序出現(xiàn)問題。通過讀取在線診斷信息,發(fā)現(xiàn)CPU報(bào)BCD碼轉(zhuǎn)換故障
經(jīng)過與編程人員的交流,發(fā)現(xiàn)是上位機(jī)的某時(shí)間參數(shù)設(shè)定超限。該參數(shù)設(shè)計(jì)設(shè)定值范圍應(yīng)為0~99,但現(xiàn)場設(shè)定為100, 因此程序每次運(yùn)行至此都會(huì)報(bào)BCD碼轉(zhuǎn)換故障,并導(dǎo)致SF燈亮,而當(dāng)該部分程序運(yùn)行結(jié)束后,故障就會(huì)消失。
將該值改為0~99 之間的任意值后,SF燈不再點(diǎn)亮,該系統(tǒng)故障不再出現(xiàn)。這是我們在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)故障,但這個(gè)故障并沒有導(dǎo)致現(xiàn)場設(shè)備停機(jī)。
故障頻發(fā),持續(xù)觀察
之后隨著我們繼續(xù)觀察,大概經(jīng)過了1個(gè)小時(shí)后,突然出現(xiàn)了一次停機(jī)故障?,F(xiàn)象就是CPU停機(jī)時(shí),SF燈和STOP燈亮,同時(shí)5V燈亮
此時(shí),只能將CPU上的撥碼開關(guān)撥至STOP位置再重新?lián)芑豏UN位置,CPU才可以正常重啟。
我們在線檢查CPU的診斷信息后發(fā)現(xiàn),此時(shí)CPU報(bào)的是IO模板丟失的故障
從診斷信息情況看,應(yīng)該是CPU在瞬間無法識(shí)別其模板,導(dǎo)致CPU進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。
由于現(xiàn)場的電氣柜內(nèi)有較多的繼電器和接觸器(圖5),因此我們懷疑是由于這些感性負(fù)載動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的干擾導(dǎo)致了CPU從而導(dǎo)致了停機(jī),因此我們對(duì)CPU的電源進(jìn)行了檢測。
通過波形,可以看到在CPU的24V電源線上,隨著設(shè)備的動(dòng)作,能夠檢測到有高頻干擾的存在,其中有的信號(hào)較強(qiáng)
況是,并沒有任何的PLC系統(tǒng)接地線連到該鍍鋅板上,也沒有發(fā)現(xiàn)該鍍鋅板接到外部的“地"(圖5)。
為了減小感性負(fù)載對(duì)PLC的沖擊,我們將PLC的安裝底板與該鍍鋅板相連接,同時(shí)將該鍍鋅板連接到外部的金屬結(jié)構(gòu)上
為此,現(xiàn)場進(jìn)行了一系列的改動(dòng)和布線、接線工作。但隨后我們發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)接了“地"之后,CPU運(yùn)行一段時(shí)間,依然出現(xiàn)停機(jī)現(xiàn)象。
然后我們又檢測了PLC系統(tǒng)220V電源線上的干擾情況,果然發(fā)現(xiàn)干擾信號(hào)依然存在
由于我們已經(jīng)將系統(tǒng)進(jìn)行了接地處理,那么該干擾信號(hào)是怎么進(jìn)入到電源的呢?
我們進(jìn)一步檢測了CPU 的M端與PE之間的電阻,發(fā)現(xiàn)該CPU的M端與PE之間存在電阻值
并且該值在0~6M歐之間跳變。
但314C系列的CPU的24V電源M端與PE端在內(nèi)部應(yīng)該是短接的,因此該電阻值是不應(yīng)該存在的?,F(xiàn)場剛好還有一個(gè)同樣類型的CPU,我們對(duì)另外一塊CPU進(jìn)行了檢測了,發(fā)現(xiàn)該CPU的電源M端對(duì)PE之間的電阻值為0歐姆。因此,這就意味著,出現(xiàn)停機(jī)現(xiàn)象的CPU本身也已經(jīng)存在一些問題。
由于現(xiàn)場出現(xiàn)跳停大概要30分鐘左右,因此我們每次需要觀察到底是什么情況下該CPU會(huì)停機(jī)都得將近1個(gè)小時(shí),而且每次停機(jī)的情況都不同,很難發(fā)現(xiàn)規(guī)律。但通過一段時(shí)間的觀察,我們發(fā)現(xiàn):當(dāng)設(shè)備的某個(gè)關(guān)料閥動(dòng)作的時(shí)候,PLC比較容易停機(jī),而且?guī)缀趺看瓮C(jī)都是發(fā)生在該關(guān)料閥到位的時(shí)刻。而該閥對(duì)應(yīng)了一個(gè)接觸器,當(dāng)閥體關(guān)到位時(shí),該接觸器會(huì)斷開
由于關(guān)料閥動(dòng)作的同時(shí),其液壓系統(tǒng)電機(jī)會(huì)啟動(dòng),因此,我們懷疑是電機(jī)電纜布線不規(guī)范導(dǎo)致其對(duì)系統(tǒng)的220V電源電纜產(chǎn)生了干擾,因此我們將該電機(jī)電纜從線纜溝里找出來,單獨(dú)進(jìn)行了布線,遠(yuǎn)離了供電電源電纜,從而避免了電纜之間的干擾,但隨后我們發(fā)現(xiàn),CPU依然會(huì)停機(jī)......因此,該干擾不是來自于電機(jī)電纜的,應(yīng)該還有別的原因。
刨根問底,找到故障點(diǎn)
為此,我們再次對(duì)柜內(nèi)的接觸器動(dòng)作的時(shí)刻的波形進(jìn)行了檢測。由于該接觸器并沒有配備浪涌吸收回路,因此在接觸器動(dòng)作的時(shí)刻,都會(huì)出現(xiàn)脈沖干擾,而且有時(shí)干擾脈沖的幅值還非常的高(>20V),但每次的干擾脈沖大小并不相同。是否是這些干擾導(dǎo)致CPU的停機(jī)呢?于是我們對(duì)該干擾脈沖進(jìn)行了檢測。通過一段時(shí)間的觀察,我們發(fā)現(xiàn):由于柜內(nèi)安裝了較多的接觸器和繼電器,因此從示波器上可以看到很多干擾脈沖,并且幅值也并不相同。由于我們此刻重點(diǎn)關(guān)注的是連接關(guān)斷閥的接觸器,因此我們在每次該接觸器斷開時(shí)都會(huì)格外注意示波器的屏幕,但我們發(fā)現(xiàn),盡管該接觸器的負(fù)載最大,但并不是每次的干擾幅值都是最高的,而有時(shí)屏幕上也會(huì)出現(xiàn)一些幅值很高的干擾脈沖,但此時(shí)最大的接觸器卻并沒有動(dòng)作。并且系統(tǒng)停機(jī)時(shí),屏幕上并沒有出現(xiàn)很高的干擾脈沖。
這就意味著:柜內(nèi)每個(gè)接觸器或者繼電器動(dòng)作時(shí),都有可能導(dǎo)致CPU停機(jī)。但這與我們觀察到的情況似乎有些矛盾,因?yàn)槲覀冎饾u發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)確實(shí)是在關(guān)斷閥體的時(shí)候容易停機(jī),盡管不是每次動(dòng)作都停機(jī),但每次停機(jī)幾乎都是系統(tǒng)的關(guān)料閥動(dòng)作到位時(shí)發(fā)生的。但為什么停機(jī)時(shí)沒有看到最大的干擾脈沖出現(xiàn)呢?
帶著疑問,我們進(jìn)行了多次的測試,直到有一次,我們看到CPU停機(jī)的時(shí)刻,剛好是接觸器斷開的瞬間,同時(shí)在示波器上發(fā)現(xiàn)我們也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常大的干擾脈沖
至此,我們終于看到了該斷路器斷開的瞬間,出現(xiàn)了較大的干擾脈沖,導(dǎo)致CPU停機(jī)。原來,最終還是這一個(gè)接觸器引起了系統(tǒng)停機(jī)等等一系列的故障。當(dāng)然,根據(jù)我們建議,現(xiàn)場將該接觸器外面增加吸收回路后,問題得到的解決。
但這里有個(gè)問題,就是為何停機(jī)時(shí)示波器并不是每次都能抓到最大的干擾脈沖?我們的分析,認(rèn)為應(yīng)該是由于設(shè)備動(dòng)作時(shí),并不見得每次都能產(chǎn)生最大的干擾;另外,系統(tǒng)干擾可能是一個(gè)累積的過程,由于之前感性設(shè)備斷開時(shí)產(chǎn)生的干擾沒有能及時(shí)地釋放掉,因此甚至隨后的一個(gè)很小的干擾也會(huì)最終導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)問題。
總結(jié)
通過這個(gè)現(xiàn)場出現(xiàn)的問題,我們可以總結(jié)出以下兩點(diǎn),是現(xiàn)場比較關(guān)鍵的:
1) 自動(dòng)化現(xiàn)場的接觸器、繼電器等帶感性負(fù)載線圈的設(shè)備必須增加浪涌吸收回路;
2) 現(xiàn)場電氣系統(tǒng)必須接地。
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