一个接触器引发的故障

时间:2023-03-16作者:佚名
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,一直有问题,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。
根据故障情况,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,我们首先观察PLC运行的情况。
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(图1)。

一个接触器引发的故障

图1 PLC报系统故障
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(图2)。

一个接触器引发的故障
图2 CPU在线诊断信息报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。
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(图3)。

一个接触器引发的故障
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的诊断信息后发现,此时CPU报的是IO模板丢失的故障(图4)。

一个接触器引发的故障
图4 在线诊断信息
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。

一个接触器引发的故障

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)。

一个接触器引发的故障
图6 在24V电源线上检测到的共模干扰
同时,在柜内,我们发现了一块镀锌板(图5)。我们估计该镀锌板是用于系统接地的,但实际情况是,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(图6)。
一个接触器引发的故障
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(图7)。

一个接触器引发的故障
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,发现该CPU的M端与PE之间存在电阻值(图8)。并且该值在0~6M欧之间跳变。

一个接触器引发的故障
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(图9)。

一个接触器引发的故障
图9 控制关料阀的接触器
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。
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(图10)。
一个接触器引发的故障
图10 CPU停机的瞬间检测到该脉冲
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,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出现问题。
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。
以上心得,希望对大家有所帮助!

相关阅读

步进电机选用计算方法

步进电机 是机电一体化 产品中关键部件之一,通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中,如:数...
2023-03-21

值得收藏!基本照明电路及安装、日光灯工作原理、电表接线图

照明电路是我们日常生活和学习中接触最多的电线电路。今天我们来讲一讲基本照明电路及家用电路安装,日光灯工作原理、电表接线图。首先我们先来了解一下照明电路的基本概念和...
2023-06-11
值得收藏!基本照明电路及安装、日光灯工作原理、电表接线图

晶闸管在电路中的中用途

大家好!每天学一点,学习更轻松。关注我,感谢大家为我点赞。 晶闸管在工作过程中,它的阳极A和阴极K与电源和负载连接,组成晶闸管的主电路,晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸...
2023-04-05
晶闸管在电路中的中用途

施工现场临时用电的常见问题,总结防范!

来自施工现场临时用电的错误实例 看一看问题出在哪里 ▼ 总结施工现场临时用电常见问题 ▼ 1. 临时用电施工组织设计的编制质量普遍较差,内容不全,方案编制者基本上不是专业电...
2023-06-11

我敢打赌,起码有90%的电工都是这样,不管你技术有多好,都有这个毛病!

俗话说得好,“石匠无槽养猪难,木匠无凳坐不安,电工无好插座烦”,这些谚语生动地描绘了各行各业人士在日常生活中的小困扰。而在我家,这样的情景也悄然上演着—&md...
2024-09-06
我敢打赌,起码有90%的电工都是这样,不管你技术有多好,都有这个毛病!

热销商品

手术衣一次性防护服打农药防尘实验服参观服加厚透气无纺布隔离衣

手术衣一次性防护服,作为一种重要的医疗防护用品,广泛应用于医院、实验室等场所。它采用加厚透气无纺布制成,具有优良的防尘、防污、防病毒能力,能有效保护医护人员免...
14

欧普照明led灯泡e27/e14大小螺口超亮家用节能灯螺旋暖白光球泡

欧普照明LED灯泡,适用于E27和E14两种常见螺口,是您家用照明的理想选择。这款灯泡采用先进LED技术,亮度超群,瞬间点亮,无需等待,为您提供明亮舒适的光环境。同时,它节能环...
3.59

LED柜内照明灯 AC220V 4W 7W配电箱导轨式 LL10-W 高压柜内照明灯

LED柜内照明灯AC220V 4W/7W配电箱导轨式LL10-W是一款专为高压柜、配电箱等封闭电气设备设计的紧凑型照明产品。采用高效LED光源,功耗低(4W/7W可选),亮度高,寿命长,节能...
7

密封胶条包邮耐磨耐高温耐腐蚀圆柱棒丁晴/氟胶实心硅胶胶条红色

本品采用优质丁腈橡胶(NBR)或氟橡胶(FKM)及实心硅胶材质制成,呈红色圆柱棒状,具备卓越的耐磨、耐高温(-40℃至+200℃以上,氟胶可达250℃)、耐腐蚀性能,适用于酸、碱、油类等...
1

小木锤木锤子实木木榔头圆头木锤实木棰木头锤子木柄锤黄檀手工锤

小木锤采用优质黄檀木精心打造,通体实木结构,质地坚硬、纹理细腻,手感温润舒适。圆头设计兼顾敲击与整形功能,适用于木工、雕刻、家具组装及日常维修等场景。木柄经精...
3.4

网站栏目