真实案例！接触器居然能引发PLC这样的故障

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发布时间： 2024-04-19 12:04 更新时间： 2024-05-02 08:00

大家好，本周又为大家带来了湖南西控自动化设备有限公司在工作现场处理的真实案例了，这次湖南西控带湖南西控来到了另外一个客户的现场，客户所在的行业是机电行业。

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，但近出现问题比较频繁，现象是每天从CPU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，湖南西控初步怀疑是现场存在电磁干扰。因此湖南西控决定奔赴现场对问题进行定性并决定终处理方案。到现场后，湖南西控首先观察PLC运行的情况。湖南西控发现，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）。

图1：PLC报系统故障

之后，湖南西控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，杨工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）。

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。这是湖南西控在现场发现的个故障，但这个故障并没有导致现场设备停机。

之后随着湖南西控继续观察，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）。

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。湖南西控在线检查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）。

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），因此湖南西控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，因此湖南西控对CPU的电源进行了检测。

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）。

图6：在24V电源线上检测到的共模干扰

同时，在柜内，湖南西控发现了一块镀锌板（图7）。杨工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7）。

为了减小感性负载对PLC的冲击，湖南西控将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7）。

图7：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。但随后湖南西控发现，系统接了“地”之后，CPU运行一段时间，依然出现停机现象。然后湖南西控又检测了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8）。

图8：PLC220V电源线上的干扰

由于湖南西控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？湖南西控进一步检测了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9）。并且该值在0～6M欧之间跳变。

图9：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，湖南西控对另外一块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，因此湖南西控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，湖南西控发现：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10）。

图10：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，湖南西控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，因此湖南西控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，但随后湖南西控发现，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，湖南西控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？于是湖南西控对该干扰脉冲进行了检测。

通过一段时间的观察，湖南西控发现：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。由于湖南西控此刻重点关注的是连接关断阀的接触器，因此湖南西控在每次该接触器断开时都会格外注意示波器的屏幕，但湖南西控发现，尽管该接触器的负载大，但并不是每次的干扰幅值都是高的，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。

但这与湖南西控观察到的情况似乎有有些矛盾，因为湖南西控逐渐发现，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大的干扰脉冲出现呢？带着疑问，湖南西控进行了多次的测试，直到有一次，湖南西控看到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杨工也发现了一个非常大的干扰脉冲（图11）。