摘 要：本文首先阐述了系统故障的概念，然后再重点对基于西门子PLCS7-400应用的控制系统的运行中的常见故障数据加以统计，同时针对故障的产生原因作出分析及总结。
关键词：PLC；[改为“空压机”，全文改为空压机控制，包括系统配置框图等，因为石油化工装置用不到锻压机，其余部分无需修改]空压机；通信干扰
1 系统故障概念
系统故障具体所指的是设备整体由于各式的因素而使得系统控制完全失效、其精度降低等所引发的设备停产问题的多种原因的总和。可以划分成PLC元件、程序故障以及现场设备监控或执行元件故障。另外，PLC系统具体囊括的设备有CPU电源以及中央处理器、有关的通信网络设备、I/O 模块等。而设备现场元件则具体包括了接触器及继电器、仪表、传感器及机械阀等等。
2 2500 t空压机设备故障的统计和原因分析处理
2.1 2500 t空压机组应用控制系统
2500 t空压机组的组构核心为西门子400PLC系列，具体见图1.采用了2个西门子PLC S7-400，并且这两个S7-400内置的CPU416-2均已经配备了MPI口以及通信接口PROFIBUS-DP，而两台空压操作间则各自采用了PLCS7-300，而PLCS7-300中配备的CPU318同样装有MPI口以及PROFIBUS-DP口，此外，4个CPU之中的MPI以及PROFIBUS-DP口的电缆实际上是互相连接的，其功能包括可以对CPU随地访问。具体一点来说，PLCS7-400-1实现了对于空压机的各大高压泵以及控制阀、控制泵、各个辅助设备等的所有动作的控制。而PLCS7-400-2则可以控制空压机的动作。
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图1，系统配置框图
2.2 系统故障的数据统计
系统运行了大概10 a来的时候，空压机的故障统计表可以详见表1。
表1，空压机的故障统计
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10 a 来，整个空压机的故障发生次数一共达45次，在此之中,PLC自己的故障所占的比例大概是11.1%，而设备元器件的故障所占比例大概是88.9%。和设备现场所用的另外的品牌PLC自己的故障相比较，西门子PLCS7-400自己的故障率还是比较低的，稳定性比较好。
2.3 系统故障的分析和处理
2.3.1 西门子PLCS7-400 的主机系统
西门子PLCS7-400，通常情形下系统电源及CPU、通讯网络系统及程序运行均较具可靠性。不过在工业现场，由于受到了恶劣环境以及维护技术人员的个人技术水平的影响，偶尔会发生某些问题。第一，现场设备电源因为要长时间地去工作，它的散热功能，偶尔发生的电压或电流不稳定的情况均会极大地影响电源，使电源受损，继而带来设备故障。在2500 t空压机的整个工作过程中发生POS 405 10 A电源模板烧损的这类故障，在经过检查之后查出，模板的220 V 输入电压因为供电系统的前端故障，致使电压发生异常，升高至大概250 V并运行，致使模板烧损情况出现。在对供电系统故障加以处理之后，持续稳定地运行；第二，通信模块以及系统总线网络由于遭受了外部的干扰，外部环境同样带来通信故障。此PLC系统的CPU曾经多次发生了BUS1F亮出红灯的故障，致使系统就此停止运行。现场的技术人员经查找之后发现是因为ET200M分站模块的通信线插头位置的屏蔽线时不时地搭接了通信线缆后才导致的，在完成了插头处理之后就没有再发生这一故障。
系统总线发生故障的根本原因是多方面的。第一，PLC属于模块式结构，而模块插拔有极大的几率会使得局部在接连接器的位置以及接线路板的位置发生损坏。第二，受到了大气中的温度以及湿度的双重影响，很大可能会使得模块电路发生损坏，插件的接头部位发生氧化等等。在系统内部，曾经多次发生了某个模拟输入模块的实际数值显示出了最大值的故障，在经过检查之后发现，当输入模块之后，连接器中有一个点因为氧化问题而出现接触不良，在对连接器加以更换之后，此系统故障立即消失。西门子PLCS7-400系统在进行设备设计以及日常的检修维护工作时，应当要将现场环境所致的影响排除。并且，在系统的实际安装过程当中，应该要将安装质量全面提高，接线也应当牢靠，此外，动力电源以及通信电源应当要尽可能地去分开布置。
2.3.2 系统 PLC 上的I/O口
西门子PLCS7-400系统的I/O模块具体囊括了I/O数字量模块和I/O模拟量模块。I/O模块实际上体现出系统PLC的性能的一个关键部件，比较易于受到外部的干扰并引发损坏。第一，外部设备故障易于导致I/O模块发生损坏，在2500 t空压机的整个使用过程之中出现了I/O数字量模块的1个输入点常量，不过它的外部并未给予它24 V 信号，在经过程序检查之后也没有发现输入信号，因此可以判断，模块输入点发生了损坏。在检查之后发现，它的外连接阀上面的阀控版发生了损坏，反馈给模块的24 V信号功率实际上变大了，致使这一输入点出现损坏。在进行了阀控板以及此数字输入模块的更换之后，系统再度正常运行。第二，维修人员维修工作如果当就可能会引发 I/O模块的明显损坏，若此系统的一个传感器插头线发生一次损坏，而维护人员在根本就未将CPU电源停止的时候就将电焊接到插头电线之后，则模拟量输出模块发生一次报警损坏。分析其具体原因，主要是因为电烙铁漏电，致使此模块发生损坏。因此综上所述，若要使得西门子PLCS7-400中的I/O模块的故障率实际降低，就应当要减少外部的诸多干扰对它的影响，而电路上则应当增加继电器以实现隔离。
2.3.3 现场控制设备
（1）第一类故障更多地在于继电器以及接触器上。在设备中，继电器及接触器属于易损件，一方面是和元器件自己的生产品质息息相关的，另一方面，接触器以及继电器在很长的动作过程中，它的触头位置因为电弧作用将会有氧化反应发生，此后发热变形并致使触头损坏。在此设备系统的整个运行过程中，继电器就会频繁地去动作，而备件上需要尽可能地严格地依照现场工作电影以及电流来对接触器与继电器的工作电压电流进行选择，选用优质的生产厂家所生产的产品。此外，电气柜需要防尘并防止进入异物。在满足了上述的条件之后，能够极大地减少继电器及接触器的损坏次数，使设备发生故障停机的时间大大减少。
（2）第二类故障多出现在限位保护装置。在此空压机上，其限位保护装置通常是安装于油泵的进出油口以及压机框架的上下限位等处。因为此设备在整个运行的过程中，其振动非常大，并且现场的粉尘也比较大，极易使得限位保护装置的电气元件接触点发生变形以及氧化，并且现场油污及粉尘比较大、继而使得电气元件上其接触点发生污损，从而使得限位保护实际失效。此时，电气维修人员应当要在日常的维护中，去定期地检查它的开关状态，比如说有没有松动和有没有变形等，要定期地对它进行灰尘清理。因为现场保护开关比较躲，在具体的设计过程中，开关状态可以可视化地显示于电脑屏幕上，因此可以较好地减少现场维护人员在故障排查中的工作量。
（3）第三类故障多出现于比例阀以及伺服阀。系统控制的过程中，比例阀以及伺服阀作为它的执行元件而存在，它的电气故障其实主要出现于其阀控板上。因为此系统所用的比例阀以及伺服阀的阀控板均处于现场阀体上，它的现场油污以及灰尘、振动均可能会使得电子设备发生影响，致使阀控板发生损坏。而在日常的维护过程之中，其一，需要对它上面的油污以及灰尘进行定期清理，并且紧固阀控板的插头和固定座。其二，在系统的设计上，要把阀的给定以及反馈开口度实时地显示于电脑屏幕上，以帮助判断系统故障。
（4）第四类故障出现于电子测量仪器，如传感器以及仪表等。因为设备在其运行的过程中，其控制系统需要持续地采集系统的众多运行参数，在电子测量仪器出现损坏问题后，通常体现于测量数据与实际不符。实际上，为了让此类故障尽可能少地发生，一方面，在开始安装设备的时候，需要用屏蔽电缆当作传感器以及仪表所需的信号电缆，此时，屏蔽电缆的一端需要完成接地。而在敷设电缆的时候，动力电缆及信号电缆应当要分开敷设，出现大型变频器的位置，变频器电缆需要将屏蔽实现得更好，以防信号干扰。另外一方面，在开始选择传感器及仪表的时候，需要尽可能地去选定具有较高可靠性、适于应用在大振动现场的品牌。
3 结束语
基于对10 a设备故障的发生规律加以统计以及分析，继而发现对系统的整个运行中发生的故障所进行的预防和处理的根本是应该提高其中的技术人员以及维护人员的整体水平，要定期地去检查模块有无松动，其电源接线牢靠与否，并且要定期地进行除尘。此外，在对外部故障加以处理的时候，维修人员先要依照规定来将PLC电源停止，同时将CPU中的I/O 模块进行接线之后，再对外部设备加以维修。而在日常的巡检当中，针对传感器以及仪表电缆、其固定牢固程度加以检查和处理，能够将故障率切实降低。
参考文献：
［1］西门子电气环东有限公司，《矢量控制使用大全》.
［2］西门子电气传动有限公司，《SIMATIC S7-400可编程控制器产品目录》.
［3］西门子电气传动有限公司，《SIMATICS7-400可编程控制器模板规范》.