西门子PLC系统中模拟量干扰引起的故障分析及解决
发布时间：2019-02-20 发布作者：
摘要：针对现场液位计频繁出现满量程的故障现象，本文首先对控制系统及模拟量等接地可靠性检查处理，其次考虑控制系统电源容量方面对干扰影响处理，较终回到西门子控制系统接线规范性及抗干扰处理，达到彻底消除干扰的目的。
随着现代工业自动化程度的不断提高，自动化设备的运行稳定性显得至关重要，而由干扰引起控制系统的故障层出不穷，严重影响设备正常运行。本文通过现场模拟量显示满量程故障分析，减轻干扰带来的破坏，较终达到消除干扰目的。
1 数字化系统故障简述
一套冲渣溢流回水系统，如图 1 所示设备包含超声波液位仪 4 台，分别连续显示并控制调节池、清水池、回用水池、污泥池的上下液位；电磁流量计 3 套，分别监测废水输送泵出口流量、清水池泵流量、污泥池螺杆泵处理流量；故障现象：4 个液位计显示满量程，现场检查，一只回水池液位计故障，在更换新的液位计后，现场所有液位计显示正常，但上位机仍然出现模拟量显示故障，检查通讯连接正常。液位出现信号全部显示 2.7 米，经过几个月的跟踪记录，每个月大概出现几次，时间没有规律，对流量计电源停电无效，而总电源停后恢复正常，由此判定 PLC 有干扰引起故障。
2 数字化系统故障分析与解决
2.1 接地情况的分析和处理
考虑交流地和信号接地不可共用，屏蔽地和保护接地应连接各自接地排，模拟信号屏蔽线接地，控制系统以及柜体的接地进行检查，发现几个液位计采用两点接地，部分液位计电缆存在破损并且与屏蔽有接触，对模拟量的现场接线屏蔽层拆除，统一采用柜体端接地[1]。
2.2 控制系统电源负载能力计算及处理
考虑控制系统电源负载能力越小，干扰影响越大，系统采用 s7-300plc 如表 1 所示，通过表中各模块设计参数计算电源容量是否满足要求[2]：
计算 5V 背板总线吸取的电流＝100+200+15＋110*4＋50*2＝855 mA<1.2A 较大背板输出电流；
计算 24V 负载电流：CPU+365+CP+DI*4+DO*2+AI*2=900+200+400+7*32*4（896）+（160+37×32）*2（2688）+30=5114mA.
电源应留有 0.5-1 倍余量，而且电源的效率在 70-85%,5114*1.5/0.8=9.588A<10A,电源容量基本满足要求，考虑电源品质将 PS307 更换为 sitop PSU100s 10A，效果不是太明显，又更换 sitop 20A 电源,几个月内出现一次故障，故障频次明显减少，说明由于电源负荷能力小，在外部干扰大时，影响供电的稳定性。
干扰仍然存在，分析模拟量接线。液位计采用两线制，由明纬电源单独供电 DC24V 10A，根据模块式示意图接线正确，但根据《S7300 系统供电设计原则及 I/O 模块接线注意事项》，如图 2 所示[3]。为了避免输入模拟量模块超过共模电压（Ucm）以及避免随后出现的测量值上溢或下溢，M-输入端互联接模拟地，关闭没有使用的通道并且同样 M-接模块地。经过处理，更换回 10A 电源，干扰故障消除。
3 结论
本文从液位计等模拟量满量程的故障现象，处理接地不可靠引起的干扰来源，而电源的容量适当放大可以减轻干扰带来的破坏，根据西门子 PLC300 设计要求，进一步消除模拟量引入的干扰，提高设备运行的稳定性。
在线客服1号
