西門子PLC系統中模擬量干擾引起的故障分析及解決

發布時間：2019-02-20 發布作者：

摘要：針對現場液位計頻繁出現滿量程的故障現象，本文首先對控制系統及模擬量等接地可靠性檢查處理，其次考慮控制系統電源容量方面對干擾影響處理，較終回到西門子控制系統接線規范性及抗干擾處理，達到徹底消除干擾的目的。

隨著現代工業自動化程度的不斷提高，自動化設備的運行穩定性顯得至關重要，而由干擾引起控制系統的故障層出不窮，嚴重影響設備正常運行。本文通過現場模擬量顯示滿量程故障分析，減輕干擾帶來的破壞，較終達到消除干擾目的。

1 數字化系統故障簡述

一套沖渣溢流回水系統，如圖 1 所示設備包含超聲波液位儀 4 臺，分別連續顯示并控制調節池、清水池、回用水池、污泥池的上下液位；電磁流量計 3 套，分別監測廢水輸送泵出口流量、清水池泵流量、污泥池螺桿泵處理流量；故障現象：4 個液位計顯示滿量程，現場檢查，一只回水池液位計故障，在更換新的液位計后，現場所有液位計顯示正常，但上位機仍然出現模擬量顯示故障，檢查通訊連接正常。液位出現信號全部顯示 2.7 米，經過幾個月的跟蹤記錄，每個月大概出現幾次，時間沒有規律，對流量計電源停電無效，而總電源停后恢復正常，由此判定 PLC 有干擾引起故障。

2 數字化系統故障分析與解決

2.1 接地情況的分析和處理

考慮交流地和信號接地不可共用，屏蔽地和保護接地應連接各自接地排，模擬信號屏蔽線接地，控制系統以及柜體的接地進行檢查，發現幾個液位計采用兩點接地，部分液位計電纜存在破損并且與屏蔽有接觸，對模擬量的現場接線屏蔽層拆除，統一采用柜體端接地[1]。

2.2 控制系統電源負載能力計算及處理

考慮控制系統電源負載能力越小，干擾影響越大，系統采用 s7-300plc 如表 1 所示，通過表中各模塊設計參數計算電源容量是否滿足要求[2]：

計算 5V 背板總線吸取的電流＝100+200+15＋110*4＋50*2＝855 mA<1.2A 較大背板輸出電流；

計算 24V 負載電流：CPU+365+CP+DI*4+DO*2+AI*2=900+200+400+7*32*4（896）+（160+37×32）*2（2688）+30=5114mA.

電源應留有 0.5-1 倍余量，而且電源的效率在 70-85%,5114*1.5/0.8=9.588A<10A,電源容量基本滿足要求，考慮電源品質將 PS307 更換為 sitop PSU100s 10A，效果不是太明顯，又更換 sitop 20A 電源,幾個月內出現一次故障，故障頻次明顯減少，說明由于電源負荷能力小，在外部干擾大時，影響供電的穩定性。

干擾仍然存在，分析模擬量接線。液位計采用兩線制，由明緯電源單獨供電 DC24V 10A，根據模塊式示意圖接線正確，但根據《S7300 系統供電設計原則及 I/O 模塊接線注意事項》，如圖 2 所示[3]。為了避免輸入模擬量模塊超過共模電壓（Ucm）以及避免隨后出現的測量值上溢或下溢，M-輸入端互聯接模擬地，關閉沒有使用的通道并且同樣 M-接模塊地。經過處理，更換回 10A 電源，干擾故障消除。

3 結論

本文從液位計等模擬量滿量程的故障現象，處理接地不可靠引起的干擾來源，而電源的容量適當放大可以減輕干擾帶來的破壞，根據西門子 PLC300 設計要求，進一步消除模擬量引入的干擾，提高設備運行的穩定性。

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