西门子PLC在工厂应用中常见的问题及处理

西门子PLC在工厂应用中常见的问题及处理
作者：廖洪权
来源：《企业技术开发·下旬刊》2014年第04期
摘要：西门子PLC在工业控制领域的应用十分广泛，由于其具有灵活性、精确性、成本较低等特点，在工业控制领域扮演着重要的角色，但由于工作环境的复杂性，西门子PLC受到的干扰较多，日常应用中会遇到各种问题，文章从西门子PLC控制器的基本构成、应用领域、应用特点、常见问题着手研究，并有针对性的提出处理措施，以提升其应用的可靠性，满足工业电气控制的各种要求。

关键词：西门子；PLC；应用；问题；处理
中图分类号：TP332 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）12-0105-02
PLC的集合了信息化、微电子、数字化等多项先进技术，已经从以往的接线逻辑发展到存储逻辑，功能也变得更加灵活、强大，可以是适应与工业控制的大、中、小规模的需要，并且由于其使用的精确性和稳定性高的特点，使工业控制的水平得到了极大的提升。

以西门子PLC 为代表的电气控制技术，实现了网络、人机交互、数字化和模拟量的集成，可以承担运动控制、集散控制和过程控制等多种不同的要求，已经成为工业控制的主流设备。

但是由于工作环境的复杂性，西门子PLC在应用中也遇到了不同的干扰与问题，影响其效能的发挥，给电气控制的精度和可靠性都带来了一定的考验，因而研究西门子PLC在工厂应用中的常见问题，并提出相应的解决手段，具有积极的意义。

1 西门子PLC的构成及应用特点
1.1 西门子PLC可编程序控制器的基本构成
西门子PLC可编程控制器主要包含6个部分：其一，CPU模块，主要功能是实现信号的采集，根据用户的编制程序来操作，由于其中含有微处理器和存储器，因而可以根据不同的程序和数据要求来执行动作；其二，模拟量与数字量的输入输出模块，针对模拟量和数字量的信号，可以通过按钮、电位器、发电机、开关、变送器等来进行输入，而数字量输出模块可以控制报警装置、阀体和接触器等；其三，电源模块，一般是将220 V的交流转变为24 V的直流，给背板总线提供5 V的直流电；其四，通信模块，其主要的作用是用于远程I/O接口、计算机设备之间的通信，可以将PLC信息传递到处理系统中；其五，编程设备：以STEP7软件为基础，实现程序的编写，上、下载；其六，接口模块：用以扩大PLC的容量，并且给扩展提供电源。

1.2 西门子PLC的应用特点
西门子PLC的应用安装特点主要集中在安装与布线、稳定性好、I/O接线等方面：①安装与布线，需要对控制线、动力线和I/O线分别配线，采用双胶线隔离变压器和PLC的连接，输入与输出线采用分开走的形式，模拟量和开关量分开敷设，输出线原理高压线和动力线，避免并行，直流输出线和交流输出线不在同一根电缆内；②稳定性好，抗干扰的能力强，并且由于使用方便，易于维护，能够确保应用的可靠性，也比较容易升级改造；③I/O接线，PLC的输出元件封装在电路板上，使用电感性负载需要合理选择，输入输出线不在同一根电缆上，编制的梯形图和继电器原理图相互同步，同一组中的输出电压是相同类型的。

2 西门子PLC在工厂的应用
西门子PLC在国内外的广泛涉及到化工、电力、制造、钢铁、运输、环保、文娱等领域，几乎涵盖了现代工业的所有领域，作为电气控制的主流应用，主要表现在以下几个方面。

2.1 闭环过程控制
西门子PLC的闭环过程控制主要针对流量、温度、压力、液位等持续性变化的模拟量，经过数字量和模拟量的转化，CPU通过算法程序来处理模拟量，进行闭环控制，一般要用到PID的调节方法，而闭环控制主要有积分、比例、微分三大形式的组成部分。

2.2 数据处理
西门子PLC的应用集成了多项功能，可以实现诸如数据传递、处理、函数运算、矩阵运算、逻辑运算、查表、排序等操作，通过输入模块采集数据信息，然后经过软件分析处理，实现大型化的控制过程，广泛应用于食品工业、冶金等方向。

2.3 开关量逻辑控制
传统的逻辑控制电路方式的继电器具有较为复杂，相应缓慢的特点，而开关量逻辑控制可以实现顺序控制和数字量的控制，能够应用于单台设备和多机联合等方向，受到的限制条件较少，已广泛应用于各个行业。

2.4 通信联网
特别是现代控制注重系统化的生产方式，远程控制、信息控制中心的理念已经得到了广泛的应用，而西门子PLC的通信模块可以实现联网对接，与计算机、数控设备、变频器等实现联网，方便远程监控和维护，实现数据的远程传输，为PLC控制的自动化做出了极大的贡献。

3 西门子PLC在工厂应用中常见的问题
西门子PLC由于较好的通用性，一般不需要经过特殊的处理就能直接应用于工厂中，给工业生产的自动化做出了突出的贡献，但是，工厂的生产环境多变，恶劣，各种干扰因素的存在都给PLC的稳定、可靠的运行带来了影响，如果使用或安装不合理，都会导致程序运算的错误，导致误操作，轻者影响生产线进度，严重的还会引发安全事故，因而分析其常见的问题引发因素具有现实意义，而常见的问题归结为以下两大类：
3.1 工作环境引发的问题
工作环境是多项因素的集合，主要包括温度、湿度和震动、电源、空气，都会导致PLC 运行的故障或异常：①温度，工业生产的环境温度有的过低，有的过高，并不能保证PLC处于正常的环境要求，而西门子PLC的工作温度一般介于0～55 ℃之间，当设备的发热量大传递到PLC元器件上时，就会导致设备的异常，尤其是通风不佳、密闭的空间内，容易出现问题；②湿度，西门子PLC的工作状态需要保持绝缘性，空气的湿度必须
3.2 控制系统中的干扰
电磁干扰作为影响西门子PLC稳定工作的最为直接的因素，严重的会导致PLC工作的紊乱，导致误操作，其引发的问题分析一般集中在共模干扰和差模干扰两类，由于西门子PLC 系统的供电来源于电网，但电网受到空间电磁干扰的情况普遍，线路上的感应电压干扰，大的电感性负载、高压电器、布线混乱等都会对PLC形成干扰，期间内部的元件和电路间的不匹配会导致较为严重的电磁辐射现象，模拟电路和逻辑电路的影响产生的相互影响就是明显的例子。

而变频器在启动和运行中的谐波传导干扰，引起电压畸变，并随之产生较强的电磁干扰，都会影响设备的运行能力，强电干扰和变频器的干扰是比较常见的问题。

4 西门子PLC在工厂应用中的处理措施
4.1 工作环境的应对措施
在复杂的工作环境中，湿度、温度、震动、空气等都会引发问题，因而针对这些采取专门的改善措施十分必要，例如，在处理湿度问题时，可以考虑将PLC装置进行远程控制，而放置在空调房内，保证湿度适宜；针对温度问题，则加强通风设备的安装，并且要避免将西门子PLC安装在发散严重的结构附近，避免传热严重；在处理震动问题时，给西门子PLC系统加装减震胶，有效弱化其他设备传递出来的震动；处理电源的干扰时，安装屏蔽层的隔离变压器，减少电源干扰；在处理空气腐蚀问题时，将PLC系统置于密封性好的控制柜内，减少与工作空气的接触，隔绝腐蚀性气体。

4.2 抗干扰措施
西门子PLC系统的抗干扰措施主要可以分为以下几个方面：其一，抑制电网与电源的干扰，减少设备与地之间的干扰，在电源输入端可以串接LC滤波器，使用屏蔽设备将电网的干扰隔离起来，减少对设备的影响；其二，RS485网线和电源线、动力线与控制线要分别配线，线槽分开，并且一一对应，PLC柜原理动力线，接触器的线圈和大功率的继电器要并联RC消弧电路；其三，I/O接线的措施分为输入和输出接线，其中输入接线不能过长，输入输出的线不能放置在同一根电缆之中，尽量分开，继电器与梯形图的原理图应对应一致，尽量采用常开触点形式连接到输入端，输出接线分为公共输出和独立输出，不同的组别要对应不同类型的输出电压，而同组中必须采用一致的电压类型，采用继电输出要加装隔离继电器，以免电感性负载影响到继电器的使用寿命；其四，完善接地系统，并正确的选择接地点，西门子PLC控制系统的底线包含了保护地、屏蔽地、交流地等内容，接地系统的不合理容易给各个接地电阻的电位带来消极影响，由于存在电位差，导致工作的紊乱，信号与屏蔽接地时遵循唯一参考地的原则，系统接地时控制接地的电阻值，将柜体和电源线接地端连线为安全接地，减少不同接地点的点位混乱情况；最后，抑制变频器的干扰，使用滤波器将设备的干扰传导给电源，并吸收尖峰电压，加装隔离变压器，针对电源传导干扰，将大多数的干扰阻挡在隔离变压器之前，采用输出电抗器，在电动机和变频器之间增加交流电抗器，可以减少电磁辐射，以免对PLC设备的运行产生消极影响。

5 结语
西门子PLC控制系统在我国的各个行业都有广泛应用，但由于工作环境和干扰因素的存在，有时会导致PLC控制的紊乱，给生产带来质量问题和安全问题，造成较大的经济损失，因而研究西门子PLC在工厂中的应用特点和常见的问题，并针对性的提出改善的措施，对于提升西门子PLC工作的稳定性和可靠性具有积极的作用，可以有效提升工业控制的水平和经济效益，相关研究成为行业的热门课题。

参考文献：
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