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一个简单的接触器引发的故障-解决方案

该现场使用的是西门子的s7300的plc,该项目运行了一年多, -直有问题,但最近出现问题比
较频繁,现象是每天从cpu第一-次上电运行,大概30分钟后,开始出现停机的情况,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,该现象将随时出现,并且越来
越频繁,甚至有时几乎每个程序周期都会停机,因此严重影响了用户的生产。
我们发现,现场采用的是西门子s7 314c-2pn/dp 的cpu,在运行过程中会出现系统故障,但能够自动消失
之后,我们观察了故障出现的情况,发现该故障的出现是有规律的:当q5.4动作时,该sf灯会亮,当q3.4动作时,该sf灯消失。
因此,我们怀疑是程序出现问题。通过读取在线诊断信息,发现cpu报bcd码转换故障
经过与编程人员的交流,发现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0~99,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,故障就会消失。
将该值改为0~99 之间的任意值后,sf灯不再点亮,该系统故障不再出现。这是我们在现场发现的第一个故障,但这个故障并没有导致现场设备停机。
故障频发,持续观察
之后随着我们继续观察,大概经过了1个小时后,突然出现了一次停机故障。现象就是cpu停机时,sf灯和stop灯亮,同时5v灯亮
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的诊断信息后发现,此时cpu报的是io模板丢失的故障
从诊断信息情况看,应该是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。
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
况是,并没有任何的plc系统接地线连到该镀锌板上,也没有发现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
为此,现场进行了一系列的改动和布线、接线工作。但随后我们发现,系统接了“地”之后,cpu运行一段时间,依然出现停机现象。
然后我们又检测了plc系统220v电源线上的干扰情况,果然发现干扰信号依然存在
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,发现该cpu的m端与pe之间存在电阻值
并且该值在0~6m欧之间跳变。
但314c系列的cpu的24v电源m端与pe端在内部应该是短接的,因此该电阻值是不应该存在的。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,发现该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,出现停机现象的cpu本身也已经存在一些问题。
由于现场出现跳停大概要30分钟左右,因此我们每次需要观察到底是什么情况下该cpu会停机都得将近1个小时,而且每次停机的情况都不同,很难发现规律。但通过一段时间的观察,我们发现:当设备的某个关料阀动作的时候,plc比较容易停机,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
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,从而避免了电缆之间的干扰,但随后我们发现,cpu依然会停机......因此,该干扰不是来自于电机电缆的,应该还有别的原因。
刨根问底,找到故障点
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吸收回路,因此在接触器动作的时刻,都会出现脉冲干扰,而且有时干扰脉冲的幅值还非常的高(>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。通过一段时间的观察,我们发现: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很多干扰脉冲,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格外注意示波器的屏幕,但我们发现,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,而有时屏幕上也会出现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,屏幕上并没有出现很高的干扰脉冲。
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。但这与我们观察到的情况似乎有些矛盾,因为我们逐渐发现,系统确实是在关断阀体的时候容易停机,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出现呢?
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,同时在示波器上发现我们也发现了一个非常大的干扰脉冲
至此,我们终于看到了该断路器断开的瞬间,出现了较大的干扰脉冲,导致cpu停机。原来,最终还是这一个接触器引起了系统停机等等一系列的故障。当然,根据我们建议,现场将该接触器外面增加吸收回路后,问题得到的解决。
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,认为应该是由于设备动作时,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及时地释放掉,因此甚至随后的一个很小的干扰也会最终导致系统出现问题。
总结
通过这个现场出现的问题,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须增加浪涌吸收回路;2) 现场电气系统必须接地。
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