曹恒

摘要：随着科学技术的不断发展，在企业的生产过程中，越来越多先进的生产技术得到了应用，这些先进技术的使用在一定程度上促进了各企业的进一步发展。但是我们同时应该注意的是，这些先进的生产技术一旦出现故障，那么对企业所造成的危害也会更大。因此本文主要对GE系列PLC系统的功能、组成、原理及常见故障的处理方法进行研究和分析，希望对相关人士有所帮助。

关键词：GE;PLC;原理;组成;常见故障;处理措施

1.前言

本单位轧钢控制系统主要采用美国通用公司生PACSystemsTM 、9070、9030、VersaMax系列，以上所有系统之间以及和外部检测元件之间具有良好的兼容性。该系统的职能化模块具有较强的系统故障检测功能，并将故障信息及时通过相应的编程软件有效的呈现出来，并及时汉化处理后通过监视系统得以显示，为PLC系统故障的排查和处理奠定良好的基础。

2.GE PLC控制系统功能介绍

常用的GE PLC 系统有PACSystemsTM 、9070、9030、VersaMax，其中PACSystemsTM 中RX7i 系列PLC 具有高性能处理器，其特点为

（1） CPU 采用高性能的Pentium III 处理器（300MHZ 或700MHZ）;内嵌10/100M 自适应高速以太网卡，采用标准RJ45 接口，方便连接;并可采用EGD 方式通讯，快速可靠。

（2） 采用基于标准的VME64 的机架，并有4 倍于现有机架背板速率，提高性能的同时也提高了扩展性能，支持包括系列GE90-70 I/O 和VMIC 产品在内的所有标准的VME 模块，同时也支持第三厂家生产的VME 模块，实现由GE90-70 系统的无缝升级。

（3）CPU 内存达10MByte，可以存储大容量程序、变量说明和注释，便于维护。

（4）支持多达32K bits 的数字量I/O 以及各32K words 的模拟量I/O。

（5）支持自动分配地址的符号变量。

（6）支持模块化编程，可支持多达512 个程序块，每个功能块最大可达128KB。

（7）支持高效率运行的C 语言块（32 位C 编译器，每个块可达128KB）。

（8）Windows 下的高度集成编程环境CIMPLICITY ME，支持丰富的变量类型和功能块，方便组态和编程调试。

（9）可采用高速的光纤内存映象网，通讯波特率可达170Mb/s～1200Mb/s，最快数据更新时间小于1ms。

RX7i 系列PLC 程序容量更大、指令处理速度更快，全面提升整个自动化系统的性能，并且编程环境界面友好。因此，选用该产品作为粗轧、精轧位置、主速度活套和卷取PLC的主控制器。

各个控制器通过以太网与上位机和HMI 进行数据交换。各控制器通过PROFIBUS-DP 现场总线同主要传动控制设备相连接，远程I/O 通过GENIUS 网连接到各个相关控制器，形成分布式的计算机控制系统。各主控制器之间采用以太网全局数据广播（EGD）方式相互通讯。

3.GE PLC控制原理

PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。

PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。

PLC扫描的工作方式主要分三个阶段，即输入采样阶段、用户程序执行阶段和输出刷新阶段。

3.1.输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/0映象区中的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/0映象区中相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入的是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

3.2.用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由.上而下的顺序依次扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算;然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的.状态，或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态，或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/0映象区内的状态和数据不会发生變化，而其他输出点和软设备在I/0映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的梯形图起作用。

3.3.输出刷新阶段

当用户程序扫描结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。

3.4.GE PLC组成

GE PLC主要由CPU、存储器（EPROM、RAM）、输入/输出单元、外设I/O接口、通信接口及电源组成。下面分别介绍PLC的各组成部分及其作用。

（1） CPU是PLC的控制中枢，PLC在CPU的控制下有条不紊地协调工作，从而实现对现场的各个设备进行控制。CPU由微处理器和控制器组成，它可以实现逻辑运算和数学运算，协调控制系统内部各部分的工作。

（2）PLC配有两种存储器，即系统存储器和用户存储器。系统存储器用来存放系统管理程序，用户不能访问和修改这部分存储器的内容。用户存储器用来存放编制的应用程序和工作数据状态。存放工作数据状态的用户存储器部分也称为数据存储区，它包括输入/输出数据映像区、定时器/计数器预置数和当前值的数据区及存放中间结果的缓冲区。

4.常见故障及处理办法

4.1 各类硬件状态指示灯的意义

（1）电源模块

1、POWER灯

表明外部供电正常。

表明电源模块上的开关处于关闭状态

外部输入电源异常。

2.P/S FAULT灯

表示供电输出失败或者供给背板的电压不足。

表示正常。

3.OVERTEMP灯

表示电源模块接近或者超过最大操作温度。

表示正常

4.OVERLOAD

表示負载接近或者超过电源模块的最大输出能力。

表示正常。

ON/OFF开关：控制电源模块的输出。

（2）CPU模块

1.CPU OK

CPU 通过上电自诊断程序，并且功能正常。

（EN、RUN同时闪烁）CPU处于启动模式，等待串 口的固件更新信号。

CPU有问题。

2.RUN

CPU处于运行模式。

CPU处于停止模式

3.OUTPUTS ENABLED

扫描输出有效。

扫描输出失效。

4.I/O FORCE

CPU数据有强制值。

正常。

5.BATTERY

CPU电池电量耗尽。

CPU电池电量低。

正常。

6.SYSTEM FAULT

CPU故障或者处于停止模式。

正常。

7.COM1 ACTIVE / COM2 ACTIVE

绿色闪烁：对应端口信号激活。

（3）以太网接口模块

1. ETHERNET OK

工作正常。

以错误代码闪烁，硬件故障;快速闪烁，自诊断;慢速闪烁，等待来自CPU的以太网配置。（EOK、LAN、LOG同时慢速闪烁：加载软件;EOK、LOG慢速闪烁，LAN On/Traffic/Off：等待接收IP地址;EOK ON，LAN On/Traffic/Off， LOG On/Off：可操作的。）

异常。

2.LAN OK

以太网电缆连接正常，网络可用。

以太网正在收发数据。

太网电缆连接故障。

3.LOG EMPTY

没有异常事件。

有事件进入到异常日志中。

4.100Mbps

指示网络数据传输速度—10（熄灭）或者100Mb/sec（亮）。

5.LINK

指示网络连接状况和激活状态，有数据流时闪烁。

6. ETHERNET RESTART按钮：以太网重启按钮，用来重新手动启动以太网固件。

（4）Genius总线控制器

1. OK

上电自诊断完成，正常工作状态。

总线控制器异常。

2.COM

通讯总线运行正常。

间歇闪烁：总线错误。

硬件没配置或者总线通讯失败。

Genius网络为GE独有。通讯总线控制器，用于实现主从站间的数据交换。

（5）通讯模块

1. MODULE OK

模块已经被配置。

模块没电或者自测失败。

快速闪烁：模块正在执行诊断;慢速闪烁：配置不成功。

表明有故障发生，并且以错误代码闪烁。

2.PORT FAULT

在任何使能的端口上没有故障。

最少有一个端口上存在故障。

3.STATUS

指示每个端口的网络连接状况，有数据流时闪烁。

通讯模块用于485、MODBUS等通讯。

（6）Rx3i网络接口单元

1. NIU OK

通过上电自诊断程序，并且功能正常。

NIU存在故障。

（NIU SCANNING I/O、OUTPUTS ENABLED同时闪烁）， NIU处于启动模式，等待串口的固件更新信号。

2.NIU SCANNING I/O

NIU处于运行模式。

NIU处于停止模式。

3.OUTPUTS ENABLED

输出扫描使能。

输出扫描无效。

4.I/O FORCE

I/O数据有强制值。

正常。

5.BATTERT

电池电量耗尽。

电池电量低。

正常。

6.SYSTEM FAULT

故障或者处于停止模式。

正常。

7.COM1、COM2

绿色闪烁：信号在相应的端口上激活。

（7）VersaMax网络接口单元

1. PWR

表明NIU有电。

失电。

2.OK

上电自检成功。

异常。

3.FAULT

NIU最少存在一个故障。

无故障，运行正常。

4.I/O ENBL

I/O扫描使能，有数据交换。

异常。

5.FORCE

总线开关或者I/O点被强制。

运行正常，没有强制点。

6.SBA ERR

重复或者无效的SBA。

正常。

7.BUS B/EDM

NIU选择了Genius总线B或者增强诊断模式被激活。

选择了非总线B。

（8）I/O模块

OK（IC200ALG262，IC200ALG326，IC200MDL650，IC200ALG750）

当背板供电正常，正常地运行，并且模块已经被配置，在背板上已经被识别时绿灯亮。

FLD PWR（IC200ALG326，IC200MDL750）现场电源正常时绿灯亮。

【通道灯，如1-32等】（IC200ALG650，IC200ALG750，IC694MDL655，IC694MDL753，IC694MDL660，IC694MDL754）表明每个通道的开关状态。

MODULE OK（IC694ALG223，IC694ALG392）绿常亮：模板就绪并且已设置。

绿灯闪烁：模板就绪但未设置。关闭：模板出错或者没有+5V底板电力供给。

绿灯连续快速闪烁：没有从CPU收到配置数据。绿灯慢慢的闪，然后关闭：失败的上电诊断或执行代码错误。

MODULE P/S（IC694ALG223）绿灯亮表明模块内部+5VDV电源高于指定最小值。

USER SUPPLY（IC694ALG392）绿常亮：外部电源就绪。关闭：无用户电源。

4.2故障处理

4.2.1通讯故障处理

【故障现象】：“黑屏”，画面所有设备反馈状态均消失，显示黑色圆圈，也无法进行控制。但是设备不停，只是无法从操作台来进行监控。

【解决方法】：如果出现上述症状，则判断为通讯中断。出现此问题大部分均是因为网线问题;可以先检查各网线的指示灯状态是否正确，如果网线没问题，再查其他网络相关的硬件，例如：网卡、HUB、CPU等

4.2.2 CPU程序丢失

【故障现象】：画面所有设备反馈状态均消失，显示黑色圆圈，并且所有設备均停止，无法启动，在画面均无法监视和操控。

【解决方法】：造成这种情况的原因是因为CPU电池电量耗光或其它原因导致CPU中程序丢失，往往是在停电一段时间后再上电出现。此时CPU的电池指示灯应该是红亮状态。在停电时，若发现电池指示灯红闪时，表明电池电量低，即将耗尽。重新上传程序即可解决，并更换CPU电池。

4.2.3静电干扰

【故障现象】：设备无规律自动启停或者模拟量曲线跳动比较大。

【解决方法】：造成这一现象的原因基本上是因为相应的I/O卡点存在静电干扰，对其放电即可解决这一问题。这种问题一般都是停电再上电后出现，现已发现各类I/O卡件均存在这类问题。在出现静电干扰对其放电时应注意先将相关的模块断电，然后再将相应的点对地放电。

4.2.4输入、输出点损坏

【故障判断】：若想判断输入输出点是否完好，首先应断开外部电路。对于数字量输入点可以用跨线进行短接看相应指示灯的或者画面的状态是否发生变化来判断;数字量输出点可以在画面上点击，看是否存在输出;模拟量输入点可以由信号发生器对相应通道发射信号和画面的对应关系来判断;模拟量输出点可以由画面给定数值后再同测得的mA信号相比较来判断。另外，如果条件允许的话，利用代换法能更快的进行判断。

【解决方法】：更换I/O模块或者更换地址来解决。

六、 结束语

总体来说，GE PLC系列可编程控制器的可靠性和安全性非常高，只要严格执行相应技术规范标准，很少会出现安全故障。本文在简单介绍该控制系统的基础上，针对其日常使用中存在的小故障进行分析探讨，并针对性了提出相应的工作建议，旨在抛砖引玉，加强技术交流，共同提高。

参考文献

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[2] 周石强，郭强，朱涛，刘旭东。电气控制与PLC应用技术的分析研究[J]中华敏居（下旬刊），2014（01）：199+201

[3] 毛呁，杨峰。基本PLC的步进电机控制系统设计[J].工业仪表与自动化装置，2014（04）：87-89+98

[4] GE PLC使用手册