這次我們來看看接觸器引起故障的現場~

該現場使用的是西門子的S7 300 的PLC，該項目運行了一年多，一直有問題，但最近出現問題比較頻繁，現象是每天從CPU第一次上電運行，大概30分鐘後，開始出現停機的情況，停機時 SF、STOP燈亮。此時隻能通過手動複位，CPU才能恢複運行。而之後，該現象将随時出現，并且越來越頻繁，甚至有時幾乎每個程序周期都會停機，因此嚴重影響了用戶的生産。

根據故障情況，我們初步懷疑是現場存在電磁幹擾。因此我們奔赴現場對問題進行處理。

我們發現，現場采用的是西門子S7 314C-2PN/DP 的CPU，在運行過程中會出現系統故障，但能夠自動消失（圖1）。

圖1.PLC報系統故障

之後，我們觀察了故障出現的情況，發現該故障的出現是有規律的：當Q5.4動作時，該SF燈會亮，當Q3.4動作時，該SF燈消失。

因此，我們懷疑是程序出現問題。通過讀取在線診斷信息，發現CPU報BCD碼轉換故障（圖2）。

圖2.CPU在線診斷信息報BCD碼轉換故障

經過與編程人員的交流，發現是上位機的某時間參數設定超限。該參數設計設定值範圍應為0～99，但現場設定為100， 因此程序每次運行至此都會報BCD碼轉換故障，并導緻SF燈亮，而當該部分程序運行結束後，故障就會消失。

将該值改為0～99 之間的任意值後，SF燈不再點亮，該系統故障不再出現。這是我們在現場發現的第一個故障，但這個故障并沒有導緻現場設備停機。之後随着我們繼續觀察，大概經過了1個小時後，突然出現了一次停機故障。現象就是CPU停機時，SF燈和STOP燈亮，同時5V燈亮（圖3）。

圖3.CPU停機

此時，隻能将CPU上的撥碼開關撥至STOP位置再重新撥回RUN位置，CPU才可以正常重啟。

我們在線檢查CPU的診斷信息後發現，此時CPU報的是IO模闆丢失的故障（圖4）。

圖4.在線診斷信息

從診斷信息情況看，應該是CPU在瞬間無法識别其模闆，導緻CPU進入停機狀态。

由于現場的電氣櫃内有較多的繼電器和接觸器（圖5），因此我們懷疑是由于這些感性負載動作時産生的幹擾導緻了CPU從而導緻了停機，因此我們對CPU的電源進行了檢測。

圖5.櫃内安裝了繼電器和接觸器

通過波形，可以看到在CPU的24V電源線上，随着設備的動作，能夠檢測到有高頻幹擾的存在，其中有的信号較強（圖6）。

圖6.在24V電源線上檢測到的共模幹擾

同時，在櫃内，我們發現了一塊鍍鋅闆（圖5）。我們估計該鍍鋅闆是用于系統接地的，但實際情況是，并沒有任何的PLC系統接地線連到該鍍鋅闆上，也沒有發現該鍍鋅闆接到外部的“地”（圖5）。

為了減小感性負載對PLC的沖擊，我們将PLC的安裝底闆與該鍍鋅闆相連接，同時将該鍍鋅闆連接到外部的金屬結構上（圖6）。

圖6.PLC 做了接地處理

為此，現場進行了一系列的改動和布線、接線工作。但随後我們發現，系統接了“地”之後，CPU運行一段時間，依然出現停機現象。

然後我們又檢測了PLC系統220V電源線上的幹擾情況，果然發現幹擾信号依然存在（圖7）。

圖7.PLC 220V電源線上的幹擾

由于我們已經将系統進行了接地處理，那麼該幹擾信号是怎麼進入到電源的呢？

我們進一步檢測了CPU 的M端與PE之間的電阻，發現該CPU的M端與PE之間存在電阻值（圖8）。并且該值在0～6M歐之間跳變。

圖8.檢測CPU的M與PE之間存在電阻

但314C系列的CPU的24V電源M端與PE端在内部應該是短接的，因此該電阻值是不應該存在的。現場剛好還有一個同樣類型的CPU，我們對另外一塊CPU進行了檢測了，發現該CPU的電源M端對PE之間的電阻值為0歐姆。因此，這就意味着，出現停機現象的CPU本身也已經存在一些問題。

由于現場出現跳停大概要30分鐘左右，因此我們每次需要觀察到底是什麼情況下該CPU會停機都得将近1個小時，而且每次停機的情況都不同，很難發現規律。但通過一段時間的觀察，我們發現：當設備的某個關料閥動作的時候，PLC比較容易停機，而且幾乎每次停機都是發生在該關料閥到位的時刻。而該閥對應了一個接觸器，當閥體關到位時，該接觸器會斷開（圖9）。

圖9.控制關料閥的接觸器

由于關料閥動作的同時，其液壓系統電機會啟動，因此，我們懷疑是電機電纜布線不規範導緻其對系統的220V電源電纜産生了幹擾，因此我們将該電機電纜從線纜溝裡找出來，單獨進行了布線，遠離了供電電源電纜，從而避免了電纜之間的幹擾，但随後我們發現，CPU依然會停機。。。因此，該幹擾不是來自于電機電纜的，應該還有别的原因。

為此，我們再次對櫃内的接觸器動作的時刻的波形進行了檢測。由于該接觸器并沒有配備浪湧吸收回路，因此在接觸器動作的時刻，都會出現脈沖幹擾，而且有時幹擾脈沖的幅值還非常的高(>20V)，但每次的幹擾脈沖大小并不相同。是否是這些幹擾導緻CPU的停機呢？于是我們對該幹擾脈沖進行了檢測。通過一段時間的觀察，我們發現：由于櫃内安裝了較多的接觸器和繼電器，因此從示波器上可以看到很多幹擾脈沖，并且幅值也并不相同。由于我們此刻重點關注的是連接關斷閥的接觸器，因此我們在每次該接觸器斷開時都會格外注意示波器的屏幕，但我們發現，盡管該接觸器的負載最大，但并不是每次的幹擾幅值都是最高的，而有時屏幕上也會出現一些幅值很高的幹擾脈沖，但此時最大的接觸器卻并沒有動作。并且系統停機時，屏幕上并沒有出現很高的幹擾脈沖。

這就意味着--櫃内每個接觸器或者繼電器動作時，都有可能導緻CPU停機。但這與我們觀察到的情況似乎有些矛盾，因為我們逐漸發現，系統确實是在關斷閥體的時候容易停機，盡管不是每次動作都停機，但每次停機幾乎都是系統的關料閥動作到位時發生的。但為什麼停機時沒有看到最大的幹擾脈沖出現呢？

帶着疑問，我們進行了多次的測試，直到有一次，我們看到CPU停機的時刻，剛好是接觸器斷開的瞬間，同時在示波器上發現我們也發現了一個非常大的幹擾脈沖（圖10）。

圖10.CPU停機的瞬間檢測到該脈沖

至此，我們終于看到了該斷路器斷開的瞬間，出現了較大的幹擾脈沖，導緻CPU停機。原來，最終還是這一個接觸器引起了系統停機等等一系列的故障。當然，根據我們建議，現場将該接觸器外面增加吸收回路後，問題得到徹底的解決。

但這裡有個問題，就是為何停機時示波器并不是每次都能抓到最大的幹擾脈沖？我們的分析，認為應該是由于設備動作時，并不見得每次都能産生最大的幹擾；另外，系統幹擾可能是一個累積的過程，由于之前感性設備斷開時産生的幹擾沒有能及時地釋放掉，因此甚至随後的一個很小的幹擾也會最終導緻系統出現問題。

通過這個現場出現的問題，我們可以總結出以下兩點，是現場比較關鍵的：1） 自動化現場的接觸器、繼電器等帶感性負載線圈的設備必須增加浪湧吸收回路。2） 現場電氣系統必須接地。

以上心得，希望對大家有所幫助！

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