大家好，本周又為大家?guī)砹?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/西門子/" target="_blank">西門子楊工在工作現(xiàn)場處理的真實案例了，這次楊工來到了另外一個客戶的現(xiàn)場，客戶所在的行業(yè)是機電行業(yè)。

該現(xiàn)場使用的是西門子的S7-300的PLC，該項目運行了一年多，一直有問題，但最近出現(xiàn)問題比較頻繁，現(xiàn)象是每天從CPU第一次上電運行，大概30分鐘后，開始出現(xiàn)停機的情況，停機時 SF、STOP燈亮。此時只能通過手動復(fù)位，CPU才能恢復(fù)運行。而之后，該現(xiàn)象將隨時出現(xiàn)，并且越來越頻繁，甚至有時幾乎每個程序周期都會停機，因此嚴重影響了用戶的生產(chǎn)。

根據(jù)故障情況，楊工初步懷疑是現(xiàn)場存在電磁干擾。因此楊工決定奔赴現(xiàn)場對問題進行定性并決定最終處理方案。到現(xiàn)場后，楊工首先觀察PLC運行的情況。楊工發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場采用的是西門子S7-314C-2PN/DP的CPU，在運行過程中會出現(xiàn)系統(tǒng)故障，但能夠自動消失（圖1）。?

圖1：PLC報系統(tǒng)故障

之后，楊工觀察了故障出現(xiàn)的情況，發(fā)現(xiàn)該故障的出現(xiàn)是有規(guī)律的：當Q5.4動作時，該SF燈會亮，當Q3.4動作時，該SF燈消失。因此，楊工懷疑是程序出現(xiàn)問題。通過讀取在線診斷信息，發(fā)現(xiàn)CPU報BCD碼轉(zhuǎn)換故障（圖2）。?

圖2：CPU在線診斷信息報BCD碼轉(zhuǎn)換故障

經(jīng)過與編程人員的交流，發(fā)現(xiàn)是上位機的某時間參數(shù)設(shè)定超限。該參數(shù)設(shè)計設(shè)定值范圍應(yīng)為0～99，但現(xiàn)場設(shè)定為100，因此程序每次運行至此都會報BCD碼轉(zhuǎn)換故障，并導(dǎo)致SF燈亮，而當該部分程序運行結(jié)束后，故障就會消失。

將該值改為0～99 之間的任意值后，SF燈不再點亮，該系統(tǒng)故障不再出現(xiàn)。這是楊工在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的第一個故障，但這個故障并沒有導(dǎo)致現(xiàn)場設(shè)備停機。

之后隨著楊工繼續(xù)觀察，大概經(jīng)過了1個小時后，突然出現(xiàn)了一次停機故障。現(xiàn)象就是CPU停機時，SF燈和STOP燈亮，同時5V燈亮（圖3）。?

圖3：CPU停機

此時，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。楊工在線檢查CPU的診斷信息后發(fā)現(xiàn)，此時CPU報的是IO模板丟失的故障（圖4）。

圖4：在線診斷信息

從診斷信息情況看，應(yīng)該是CPU在瞬間無法識別其模板，導(dǎo)致CPU進入停機狀態(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），因此楊工懷疑是由于這些感性負載動作時產(chǎn)生的干擾導(dǎo)致了CPU從而導(dǎo)致了停機，因此楊工對CPU的電源進行了檢測。

圖5：柜內(nèi)安裝了繼電器和接觸器

通過波形，可以看到在CPU的24V電源線上，隨著設(shè)備的動作，能夠檢測到有高頻干擾的存在，其中有的信號較強（圖6）。

圖6：在24V電源線上檢測到的共模干擾

同時，在柜內(nèi)，楊工發(fā)現(xiàn)了一塊鍍鋅板（圖7）。楊工估計該鍍鋅板是用于系統(tǒng)接地的，但實際情況是，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7）。

為了減小感性負載對PLC的沖擊，楊工將PLC的安裝底板與該鍍鋅板相連接，同時將該鍍鋅板連接到外部的金屬結(jié)構(gòu)上（圖7）。?

圖7：PLC 做了接地處理

為此，現(xiàn)場進行了一系列的改動和布線、接線工作。但隨后楊工發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)接了“地”之后，CPU運行一段時間，依然出現(xiàn)停機現(xiàn)象。然后楊工又檢測了PLC系統(tǒng)220V電源線上的干擾情況，果然發(fā)現(xiàn)干擾信號依然存在（圖8）。?

圖8：PLC220V電源線上的干擾

由于楊工已經(jīng)將系統(tǒng)進行了接地處理，那么該干擾信號是怎么進入到電源的呢？楊工進一步檢測了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（圖9）。并且該值在0～6M歐之間跳變。

圖9：檢測CPU的M與PE之間存在電阻

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)場剛好還有一個同樣類型的CPU，楊工對另外一塊CPU進行了檢測了，發(fā)現(xiàn)該CPU的電源M端對PE之間的電阻值為0歐姆。因此，這就意味著，出現(xiàn)停機現(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，因此楊工每次需要觀察到底是什么情況下該CPU會停機都得將近1個小時，而且每次停機的情況都不同，很難發(fā)現(xiàn)規(guī)律。但通過一段時間的觀察，楊工發(fā)現(xiàn)：當設(shè)備的某個關(guān)料閥動作的時候，PLC比較容易停機，而且?guī)缀趺看瓮C都是發(fā)生在該關(guān)料閥到位的時刻。而該閥對應(yīng)了一個接觸器，當閥體關(guān)到位時，該接觸器會斷開（圖10）。?

圖10：控制關(guān)料閥的接觸器?

由于關(guān)料閥動作的同時，其液壓系統(tǒng)電機會啟動，因此，楊工懷疑是電機電纜布線不規(guī)范導(dǎo)致其對系統(tǒng)的220V電源電纜產(chǎn)生了干擾，因此楊工將該電機電纜從線纜溝里找出來，單獨進行了布線，遠離了供電電源電纜，從而避免了電纜之間的干擾，但隨后楊工發(fā)現(xiàn)，CPU依然會停機?。?！因此，該干擾不是來自于電機電纜的，應(yīng)該還有別的原因。

為此，楊工再次對柜內(nèi)的接觸器動作的時刻的波形進行了檢測。由于該接觸器并沒有配備浪涌吸收回路，因此在接觸器動作的時刻，都會出現(xiàn)脈沖干擾，而且有時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的停機呢？于是楊工對該干擾脈沖進行了檢測。

通過一段時間的觀察，楊工發(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。由于楊工此刻重點關(guān)注的是連接關(guān)斷閥的接觸器，因此楊工在每次該接觸器斷開時都會格外注意示波器的屏幕，但楊工發(fā)現(xiàn)，盡管該接觸器的負載最大，但并不是每次的干擾幅值都是最高的，而有時屏幕上也會出現(xiàn)一些幅值很高的干擾脈沖，但此時最大的接觸器卻并沒有動作。并且系統(tǒng)停機時，屏幕上并沒有出現(xiàn)很高的干擾脈沖。這就意味著--柜內(nèi)每個接觸器或者繼電器動作時，都有可能導(dǎo)致CPU停機。

但這與楊工觀察到的情況似乎有有些矛盾，因為楊工逐漸發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)確實是在關(guān)斷閥體的時候容易停機，盡管不是每次動作都停機，但每次停機幾乎都是系統(tǒng)的關(guān)料閥動作到位時發(fā)生的。但為什么停機時沒有看到最大的干擾脈沖出現(xiàn)呢？帶著疑問，楊工進行了多次的測試，直到有一次，楊工看到CPU停機的時刻，剛好是接觸器斷開的瞬間，同時在示波器上發(fā)現(xiàn)楊工也發(fā)現(xiàn)了一個非常大的干擾脈沖（圖11）。

圖11：CPU停機的瞬間檢測到該脈沖

至此，楊工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。原來，最終還真是這一個接觸器引起了系統(tǒng)停機等等一系列的故障。當然，根據(jù)楊工建議，現(xiàn)場將該接觸器外面增加吸收回路后，問題得到徹底的解決。

但這里有個問題，就是為何停機時示波器并不是每次都能抓到最大的干擾脈沖？楊工的分析，認為應(yīng)該是由于設(shè)備動作時，并不見得每次都能產(chǎn)生最大的干擾；另外，系統(tǒng)干擾可能是一個累積的過程，由于之前感性設(shè)備斷開時產(chǎn)生的干擾沒有能及時的釋放掉，因此甚至隨后的一個很小的干擾也會最終導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)問題。

通過這個現(xiàn)場出現(xiàn)的問題，楊工幫我們工友總結(jié)出以下兩點，是現(xiàn)場檢測環(huán)節(jié)中比較關(guān)鍵的要素：

1.自動化現(xiàn)場的接觸器、繼電器等帶感性負載線圈的設(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。

編輯：黃飛

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