一个接触器引发的故障

本文格式为Word版，下载可任意编辑一个接触器引发的故障 这次我们来到了另外一个现场。该现场使用的是西门子的S7 300 的plc，该项目运行了一年多，始终有问题，但最近消失问题比较频繁，现象是每天从CPU第一次上电运行，也许30分钟后，开头消失停机的状况，停机时 SF、STOP灯亮。此时只能通过手动复位，CPU才能恢复运行。而之后，该现象将随时消失，并且越来越频繁，甚至有时几乎每个程序周期都会停机，因此严峻影响了用户的生产。依据故障状况，我们初步怀疑是现场存在电磁干扰。因此我们奔赴现场对问题进行处理。到现场后，我们首先观看PLC运行的状况。我们发觉，现场采纳的是西门子S7 314C-2PN/DP 的CPU，在运行过程中会消失系统故障，但能够自动消逝（图1）。 图1 PLC报系统故障之后，我们观看了故障消失的状况，发觉该故障的消失是有规律的：当Q5.4动作时，该SF灯会亮，当Q3.4动作时，该SF灯消逝。因此，我们怀疑是程序消失问题。通过读取在线诊断信息，发觉CPU报BCD码转换故障（图2）。图2 CPU在线诊断信息报BCD码转换故障经过与编程人员的沟通，发觉是上位机的某时间参数设定超限。该参数设计设定值范围应为099，但现场设定为100， 因此程序每次运行至此都会报BCD码转换故障，并导致SF灯亮，而当该部分程序运行结束后，故障就会消逝。将该值改为099 之间的任意值后，SF灯不再点亮，该系统故障不再消失。这是我们在现场发觉的第一个故障，但这个故障并没有导致现场设备停机。之后随着我们连续观看，也许经过了1个小时后，突然消失了一次停机故障。现象就是CPU停机时，SF灯和STOP灯亮，同时5V灯亮（图3）。 图3 CPU停机此时，只能将CPU上的拨码开关拨至STOP位置再重新拨回RUN位置，CPU才可以正常重启。我们在线检查CPU的诊断信息后发觉，此时CPU报的是IO模板丢失的故障（图4）。 图4 在线诊断信息从诊断信息状况看，应当是CPU在瞬间无法识别其模板，导致CPU进入停机状态。由于现场的电气柜内有较多的继电器和接触器（图5），因此我们怀疑是由于这些感性负载动作时产生的干扰导致了CPU从而导致了停机，因此我们对CPU的电源进行了检测。 图5 柜内安装了继电器和接触器 通过波形，可以看到在CPU的24V电源线上，随着设备的动作，能够检测到有高频干扰的存在，其中有的信号较强（图6）。 图6 在24V电源线上检测到的共模干扰同时，在柜内，我们发觉了一块镀锌板（图5）。我们估量该镀锌板是用于系统接地的，但实际状况是，并没有任何的PLC系统接地线连到该镀锌板上，也没有发觉该镀锌板接到外部的“地”（图5）。为了减小感性负载对PLC的冲击，我们将PLC的安装底板与该镀锌板相连接，同时将该镀锌板连接到外部的金属结构上（图6）。 图6 PLC 做了接地处理为此，现场进行了一系列的改动和布线、接线工作。但随后我们发觉，系统接了“地”之后，CPU运行一段时间，依旧消失停机现象。然后我们又检测了PLC系统220V电源线上的干扰状况，果真发觉干扰信号依旧存在（图7）。 图7 PLC 220V电源线上的干扰由于我们已经将系统进行了接地处理，那么该干扰信号是怎么进入到电源的呢？我们进一步检测了CPU 的M端与PE之间的电阻，发觉该CPU的M端与PE之间存在电阻值（图8）。并且该值在06M欧之间跳变。 图8 检测CPU的M与PE之间存在电阻但314C系列的CPU的24V电源M端与PE端在内部应当是短接的，因此该电阻值是不应当存在的。现场刚好还有一个同样类型的CPU，我们对另外一块CPU进行了检测了，发觉该CPU的电源M端对PE之间的电阻值为0欧姆。因此，这就意味着，消失停机现象的CPU本身也已经存在一些问题。由于现场消失跳停也许要30分钟左右，因此我们每次需要观看究竟是什么状况下该CPU会停机都得将近1个小时，而且每次停机的状况都不同，很难发觉规律。但通过一段时间的观看，我们发觉：当设备的某个关料阀动作的时候，PLC比较简单停机，而且几乎每次停机都是发生在该关料阀到位的时刻。而该阀对应了一个接触器，当阀体关到位时，该接触器会断开（图9）。 图9 掌握关料阀的接触器由于关料阀动作的同时，其液压系统电机会启动，因此，我们怀疑是电机电缆布线不规范导致其对系统的220V电源电缆产生了干扰，因此我们将该电机电缆从线缆沟里找出来，单独进行了布线，远离了供电电源电缆，从而避开了电缆之间的干扰，但随后我们发觉，CPU依旧会停机。因此，该干扰不是来自于电机电缆的，应当还有别的缘由。为此，我们再次对柜内的接触器动作的时刻的波形进行了检测。由于该接触器并没有配备浪涌汲取回路，因此在接触器动作的时刻，都会消失脉冲干扰，而且有时干扰脉冲的幅值还特别的高(20V)，但每次的干扰脉冲大小并不相同。是否是这些干扰导致CPU的停机呢？于是我们对该干扰脉冲进行了检测。通过一段时间的观看，我们发觉：由于柜内安装了较多的接触器和继电器，因此从示波器上可以看到许多干扰脉冲，并且幅值也并不相同。由于我们此刻重点关注的是连接关断阀的接触器，因此我们在每次该接触器断开时都会非常留意示波器的屏幕，但我们发觉，尽管该接触器的负载最大，但并不是每次的干扰幅值都是最高的，而有时屏幕上也会消失一些幅值很高的干扰脉冲，但此时最大的接触器却并没有动作。并且系统停机时，屏幕上并没有消失很高的干扰脉冲。这就意味着-柜内每个接触器或者继电器动作时，都有可能导致CPU停机。但这与我们观看到的状况好像有有些冲突，由于我们渐渐发觉，系统的确是在关断阀体的时候简单停机，尽管不是每次动作都停机，但每次停机几乎都是系统的关料阀动作到位时发生的。但为什么停机时没有看到最大的干扰脉冲消失呢？带着疑问，我们进行了多次的测试，直到有一次，我们看到CPU停机的时刻，刚好是接触器断开的瞬间，同时在示波器上发觉我们也发觉了一个特别大的干扰脉冲（图10）。 图10 CPU停机的瞬间检测到该脉冲至此，我们最终看到了该断路器断开的瞬间，消失了较大的干扰脉冲，导致CPU停机。原来，最终还真是这一个接触器引起了系统停机等等一系列的故障。当然，依据我们建议，现场将该接触器外面增加汲取回路后，问题得到彻底的解决。但这里有个问题，就是为何停机时示波器并不是每次都能抓到最大的干扰脉冲？我们的分析，认为应当是由于设备动作时，并不见得每次都能产生最大的干扰；另外，系统干扰可能是一个累积的过程，由于之前感性设备断开时产生的干扰没有能准时的释放掉，因此甚至随后的一个很小的干扰也会最终导致系统消失问题。通过这个现场消失的问题，我们可以总结出以下两点，是现场比较关键的：1） 自动化现场的接触器、继电器等带感性负载线圈的设备必需增加浪涌汲取回路。2） 现场电气系统必需接地。以上心得，盼望对大家有所关心！ 第 5 页 共 5 页