plc運(yùn)行故障的常見原因及處理方法

第一部分

運(yùn)行中PLC故障常見原因及處理方法

(一)

外圍電路元器件故障

此類故障在PLC工作一定時(shí)間后的故障中經(jīng)常發(fā)生。在PLC控制回路中如果出現(xiàn)元器件損壞故障，PLC控制系統(tǒng)就會(huì)立即自動(dòng)停止工作。

輸入電路是PLC接受開關(guān)量、模擬量等輸入信號(hào)的端口，其元器件質(zhì)量的優(yōu)劣、接線方式及是否牢靠也是影響控制系統(tǒng)可靠性的重要因素。

對(duì)于開關(guān)量輸出來說，PLC的輸出有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出三種形式，具體選擇哪種形式的輸出應(yīng)根據(jù)負(fù)載要求來決定，選擇不當(dāng)會(huì)使系統(tǒng)可靠性降低 嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。

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此外，PLC的輸出端子帶負(fù)載能力是有限的.如果超過了規(guī)定的最大限值.必須外接繼電器或接觸器.才能正常工作。

外接繼電器、接觸器、電磁閥等執(zhí)行元件的質(zhì)量，是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。常見的故障有線圈短路、機(jī)械故障造成觸點(diǎn)不動(dòng)或接觸不良。

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(二)

端子接線接觸不良

此類故障在PLC工作一定時(shí)間后隨著設(shè)備動(dòng)作的頻率升高出現(xiàn)。由于控制柜配線缺陷或者使用中的震動(dòng)加劇及機(jī)械壽命等原因，接線頭或元器件接線柱易產(chǎn)生松動(dòng)而引起接觸不良。

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這類故障的排除方法是使用萬用表，借助控制系統(tǒng)原理圖或者是PLC邏輯梯形圖進(jìn)行故障診斷維修。

對(duì)于某些比較重要的外設(shè)接線端子的接線，為保證可靠連接，一般采用焊接冷壓片或冷壓插針的方法處理。

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(三)

PLC受到干擾引起的功能性故障

自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC，是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計(jì)的控制裝置。在設(shè)計(jì)和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運(yùn)行穩(wěn)定性和較高的可靠性。因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。PLC受到的干擾可分為外部干擾和內(nèi)部干擾。

在實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)境下，外部干擾是隨機(jī)的，與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，且干擾源是無法消除的 只能針對(duì)具體情況加以限制。

內(nèi)部干擾與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān)。主要通過系統(tǒng)內(nèi)交流主電路、模擬量輸入信號(hào)等引起，通過精心設(shè)計(jì)系統(tǒng)線路或系統(tǒng)軟件濾波等處理，可使內(nèi)部干擾得到最大限度的抑制。

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PLC生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的抗干擾技術(shù)措施——通常從電源與接地保護(hù)、接線安排 屏蔽和抗噪聲等4個(gè)方面著手考慮：

（1）電源與接地保護(hù)

PLC本身的抗干擾能力一般都很強(qiáng)。通常.將PLC的電源與系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備電源分開配線 對(duì)于電源線來的干擾，一般都有足夠強(qiáng)的抑制能力。

但是電源干擾特別嚴(yán)重，可加接一個(gè)帶屏蔽層的隔離變壓器以減少設(shè)備與地之間的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。如果一個(gè)系統(tǒng)中含有擴(kuò)展單元，則其電源必須與基本單元共用一個(gè)開關(guān)控制，也就是說，它們的上電與斷電必須同時(shí)進(jìn)行。

為了抑制附加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC接專用地線 接地線線徑要足夠粗.接地電阻要小于4Ω，接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近PLC，并且接地點(diǎn)要與其它設(shè)備分開。對(duì)供電系統(tǒng)中的強(qiáng)電設(shè)備，其外殼、柜體、框架、機(jī)座及操作手柄等金屬構(gòu)件必須保護(hù)接地。

PLC內(nèi)部電路包括CPU、存儲(chǔ)器和其他接口共接數(shù)字地.外部電路包括A/D、D/A 等共接模擬地 并用粗短的銅線將PLC底板與中央接地點(diǎn)星形聯(lián)結(jié)防哚聲干擾。PLC非接地工作時(shí)，應(yīng)將PLC的安裝支架容性接地以抑制電磁干擾。

（2）接線安排

電氣柜內(nèi)線路走線布置

只有有屏蔽的模擬量輸入信號(hào)線才能與數(shù)字量信號(hào)線裝在同一線槽內(nèi)，直流電壓數(shù)字量信號(hào)線和模擬量信號(hào)線不能與交流電壓線同在一線槽內(nèi)。

只有有屏蔽的220V電源線才能與信號(hào)線裝在同一線槽內(nèi)。

電氣柜電纜插頭的屏蔽一定要可靠接地。

電氣柜外部走線安排

直流和交流電壓的數(shù)字量信號(hào)線和模擬量信號(hào)線一定要各自用獨(dú)立的電纜，且要用屏蔽電纜。

信號(hào)線電纜可與電源電纜共同裝在一線槽內(nèi)，為改進(jìn)抗噪性建議保證間隔10cm以上。

（3）屏蔽處理

PLC外殼的屏蔽，一般應(yīng)保證與電氣柜浮空。在PLC外殼底板上加裝一塊等位屏蔽板(一般使用鍍鋅板).保護(hù)地使用銅導(dǎo)線與底板保持一點(diǎn)連接其截面積應(yīng)不少于1 0mm ，以構(gòu)成等位屏蔽體，有效地消除外部電磁場(chǎng)的干擾。

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對(duì)模擬量信號(hào)的屏蔽總線可絕緣并將中央點(diǎn)連到參考電位或地(GND)上。數(shù)字量信號(hào)線的電纜兩端接地可保證較好地排除高頻干擾。

（4）抗噪聲的措施

對(duì)處于強(qiáng)磁場(chǎng)(例如變壓器)的部分要進(jìn)行金屬屏蔽 電控柜內(nèi)不宜采用熒光燈具照明。PLC控制系統(tǒng)電源也應(yīng)采用相應(yīng)的抗干擾措施。

PLC控制系統(tǒng)電源抗干擾的方法有采用隔離變壓器、低通濾波器及應(yīng)用頻譜均衡法3種。其中隔離變壓器是最用的，因?yàn)镻LC的I/O模塊電源常用DC24V，須經(jīng)隔離變壓器降壓，再經(jīng)整流橋整流供給，或者直接使用開關(guān)電源供給。

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(四)

PLC周期性死機(jī)

PLC周期性死機(jī)的特征是PLC每運(yùn)行若干時(shí)間就出現(xiàn)死機(jī)或者程序混亂，或者出現(xiàn)不同的中斷故障顯示，重新啟動(dòng)后又一切正常。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，該現(xiàn)象最常見原因是由于PLC機(jī)體長(zhǎng)時(shí)間的積灰造成。

所以應(yīng)定期對(duì)PLC機(jī)架插槽接口處進(jìn)行吹掃。吹掃時(shí)可先用壓縮空氣或軟毛刷將控制板上、各插槽中的灰塵吹掃凈，再用95%酒精擦凈插槽及控制板插頭。清掃完畢后細(xì)心檢查一遍，恢復(fù)開機(jī)便能正常運(yùn)行。

PLC程序丟失通常是由于接地不良接線有誤、操作失誤和干擾等幾個(gè)方面的原因造成的：

1、PLC 主機(jī)及模塊必須有良好的接地。

2、主機(jī)電源線的相線與中性線必須接線正確。

3、預(yù)先準(zhǔn)備好程序包，用作備份。

4、使用手持編程器查找故障時(shí)，應(yīng)將鎖定開關(guān)置于垂直位置，拔出就可起到保護(hù)內(nèi)存的功能。

5、由于干擾的原因造成PLC程序丟失.其處理方法可參照PLC受干擾引起故障的處理。

第二

部分

PLC 故障查找流程圖

N.1總體檢查

根據(jù)總體檢查流程圖找出故障點(diǎn)的大方向，逐漸細(xì)化，以找出具體故障，如下圖所示。

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NO.2電源故障檢查

電源燈不亮需對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行檢查，檢查流程圖如下圖所示。

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NO.3運(yùn)行故障檢查

電源正常，運(yùn)行指示燈不亮，說明系統(tǒng)已因某種異常而終止了正常運(yùn)行，檢查流程圖如下圖所示。

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NO.4輸入輸出故障檢查

輸入輸出是PLC 與外部設(shè)備進(jìn)行信息交流的通道，其是否正常工作，除了和輸入輸出單元有關(guān)外，還與聯(lián)接配線、接線端子、保險(xiǎn)管等元件狀態(tài)有關(guān)。檢查流程圖如下圖所示。

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第二部分

PLC產(chǎn)品本身的可靠性可以保證，但在應(yīng)用中一些不正確的操作會(huì)造成一定的影響。為大家整理了一些PLC日常應(yīng)用中的9個(gè)小技巧，希望能對(duì)大家在日常使用PLC有所幫助。

一、PLC自身故障判斷

一般來說，PLC是極其可靠的設(shè)備，出故障率很低。PLC的CPU等硬件損壞或軟件運(yùn)行出錯(cuò)的概率幾乎為零;PLC輸入點(diǎn)如不是強(qiáng)電入侵所致，幾乎也不會(huì)損壞;PLC輸出繼電器的常開點(diǎn)，若不是外圍負(fù)載短路或設(shè)計(jì)不合理，負(fù)載電流超出額定范圍，觸點(diǎn)的壽命也很長(zhǎng)。

因此，查找電氣故障點(diǎn)，重點(diǎn)要放在PLC的外圍電氣元件上，不要總是懷疑PLC硬件或程序有問題，這對(duì)快速維修好故障設(shè)備、快速恢復(fù)生產(chǎn)是十分重要的，因此筆者所談的PLC控制回路的電氣故障檢修，重點(diǎn)不在PLC本身，而是PLC所控制回路中的外圍電氣元件。

二、輸入輸出(I/O)模塊的選取

輸出模塊分為晶體管、雙向可控硅、接點(diǎn)型。

晶體管型的開關(guān)速度最快(一般0.2ms)，但負(fù)載能力最小，約0.2~0.3A、24VDC，適用于快速開關(guān)、信號(hào)聯(lián)系的設(shè)備，一般與變頻、直流裝置等信號(hào)連接，應(yīng)注意晶體管漏電流對(duì)負(fù)載的影響。

可控硅型優(yōu)點(diǎn)是無觸點(diǎn)、具有交流負(fù)載特性，負(fù)載能力不大。

繼電器輸出具有交直流負(fù)載特點(diǎn)，負(fù)載能力大。常規(guī)控制中一般首先選用繼電器觸點(diǎn)型輸出，缺點(diǎn)是開關(guān)速度慢，一般在10ms左右，不適于高頻開關(guān)應(yīng)用。

三、接地問題

PLC系統(tǒng)接地要求比較嚴(yán)格，最好有獨(dú)立的專用接地系統(tǒng)，還要注意與PLC有關(guān)的其他設(shè)備也要可靠接地。多個(gè)電路接地點(diǎn)連接在一起時(shí)，會(huì)產(chǎn)生意想不到的電流，導(dǎo)致邏輯錯(cuò)誤或損壞電路。

產(chǎn)生不同的接地電勢(shì)的原因，通常是由于接地點(diǎn)在物理區(qū)域上被分隔的太遠(yuǎn)，當(dāng)相距很遠(yuǎn)的設(shè)備被通信電纜或傳感器連接在一起的時(shí)候，電纜線和地之間的電流就會(huì)流經(jīng)整個(gè)電路。

即使在很短的距離內(nèi)，大型設(shè)備的負(fù)載電流也可以在其與地電勢(shì)之間產(chǎn)生變化，或者通過電磁作用直接產(chǎn)生不可預(yù)知的電流。

在不正確的接地點(diǎn)的電源之間，電路中有可能產(chǎn)生毀滅性的電流，以至于破壞設(shè)備。

PLC系統(tǒng)一般選用一點(diǎn)接地方式。為了提高抗共模干擾能力，對(duì)于模擬信號(hào)可以采用屏蔽浮地技術(shù)，即信號(hào)電纜的屏蔽層一點(diǎn)接地，信號(hào)回路浮空，與大地絕緣電阻應(yīng)不小于50MΩ。

四、消除線間電容避免誤動(dòng)作

電纜的各導(dǎo)線間都存在電容，合格的電纜能把此容值限制在一定范圍之內(nèi)。即使是合格電纜，當(dāng)電纜長(zhǎng)度超過一定長(zhǎng)度時(shí)，各線間的電容容值也會(huì)超過所要求的值。

當(dāng)把此電纜用于PLC輸入時(shí)，線間電容就有可能引起PLC的誤動(dòng)作，會(huì)出現(xiàn)許多無法理解的現(xiàn)象。

這些現(xiàn)象主要表現(xiàn)為：明接線正確，但PLC卻沒有輸入;PLC應(yīng)該有的輸入沒有，而不應(yīng)該有的卻有，即PLC輸入互相干擾。為解決這一問題，應(yīng)當(dāng)做到：

1、使用電纜芯絞合在一起的電纜；

2、盡量縮短使用電纜的長(zhǎng)度；

3、把互相干擾的輸入分開使用電纜；

4、使用屏蔽電纜。

五、抗干擾處理

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境比較惡劣，存在著許多高低頻干擾。這些干擾一般是通過與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連的電纜引入PLC的。

除了接地措施外，在電纜的設(shè)計(jì)選擇和敷設(shè)施工中，應(yīng)注意采取一些抗干擾措施：

1、模擬量信號(hào)屬于小信號(hào)，極易受到外界干擾的影響，應(yīng)選用雙層屏蔽電纜；

2、高速脈沖信號(hào)(如脈沖傳感器、計(jì)數(shù)碼盤等)應(yīng)選用屏蔽電纜，既防止外來的干擾，也防止高速脈沖信號(hào)對(duì)低電平信號(hào)的干擾；

3、PLC之間的通信電纜頻率較高，一般應(yīng)選用廠家提供的電纜，在要求不高的情況下，可以選用帶屏蔽的雙絞線電纜；

4、模擬信號(hào)線、直流信號(hào)線不能與交流信號(hào)線在同一線槽內(nèi)走線；

5、控制柜內(nèi)引入引出的屏蔽電纜必須接地，應(yīng)不經(jīng)過接線端子直接與設(shè)備相連；

6、交流信號(hào)、直流信號(hào)和模擬信號(hào)不能共用一根電纜，動(dòng)力電纜應(yīng)與信號(hào)電纜分開敷設(shè)。

7、在現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)時(shí)，解決干擾的方法有：對(duì)受干擾的線路采用屏蔽線纜，重新敷設(shè);在程序中加入抗干擾濾波代碼。

六、標(biāo)記輸入輸出，方便檢修

PLC控制著一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，所能看到的是上下兩排錯(cuò)開的輸入輸出繼電器接線端子、對(duì)應(yīng)的指示燈及PLC編號(hào)，就像一塊有數(shù)十只腳的集成電路。

任何一個(gè)人如果不看原理圖來檢修故障設(shè)備，會(huì)束手無策，查找故障的速度會(huì)特別慢。

這種情況，根據(jù)電氣原理圖繪制一張表格，貼在設(shè)備的控制臺(tái)或控制柜上，標(biāo)明每個(gè)PLC輸入輸出端子編號(hào)與之相對(duì)應(yīng)的電器符號(hào)，中文名稱，即類似集成電路各管腳的功能說明。

有了這張輸入輸出表格，對(duì)于了解操作過程或熟悉本設(shè)備梯形圖的電工就可以展開檢修了。但對(duì)于那些對(duì)操作過程不熟悉，不會(huì)看梯形圖的電工來說，就需要再繪制一張表格：PLC輸入輸出邏輯功能表。

用表來實(shí)際說明大部分操作過程中輸入回路(觸發(fā)元件、關(guān)聯(lián)元件)和輸出回路(執(zhí)行元件)的邏輯對(duì)應(yīng)關(guān)系。實(shí)踐證明，如果能熟練利用輸入輸出對(duì)應(yīng)表及輸入輸出邏輯功能表，檢修電氣故障，不帶圖紙，也能輕松自如。

七、通過程序邏輯推斷故障

現(xiàn)在工業(yè)上經(jīng)常使用的PLC種類繁多，對(duì)于低端的PLC而言，梯形圖指令大同小異，對(duì)于中g(shù)ao端機(jī)，如S7-300，許多程序是用語(yǔ)言表編的。

實(shí)用的梯形圖必須有中文符號(hào)注解，否則閱讀很困難，看梯形圖前如能大概了解設(shè)備工藝或操作過程，看起來比較容易。

若進(jìn)行電氣故障分析，一般是應(yīng)用反查法或稱反推法，即根據(jù)輸入輸出對(duì)應(yīng)表，從故障點(diǎn)找到對(duì)應(yīng)PLC的輸出繼電器，開始反查滿足其動(dòng)作的邏輯關(guān)系。

經(jīng)驗(yàn)表明，查到一處問題，故障基本可以排除，因?yàn)樵O(shè)備同時(shí)發(fā)生兩起及兩起以上的故障點(diǎn)是不多的。

八、充分合理利用軟、硬件資源

1、不參與控制循環(huán)或在循環(huán)前已經(jīng)投入的指令可不接入PLC;

2、多重指令控制一個(gè)任務(wù)時(shí)，可先在PLC外部將它們并聯(lián)后再接入一個(gè)輸入點(diǎn);

3、盡量利用PLC內(nèi)部功能軟元件，充分調(diào)用中間狀態(tài)，使程序具有完整連貫性，易于開發(fā)，同時(shí)也減少硬件投入，降低了成本;

4、條件允許的情況下最好獨(dú)立每一路輸出，便于控制和檢查，也保護(hù)其它輸出回路;當(dāng)一個(gè)輸出點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)只會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)輸出回路失控;

5、輸出若為正/反向控制的負(fù)載，不僅要從PLC內(nèi)部程序上聯(lián)鎖，并且要在PLC外部采取措施，防止負(fù)載在兩方向動(dòng)作;

6、PLC緊急停止應(yīng)使用外部開關(guān)切斷，以確保安全。

九、其他注意事項(xiàng)

1、不要將交流電源線接到輸入端子上，以免燒壞PLC;

2、接地端子應(yīng)獨(dú)立接地，不與其它設(shè)備接地端串聯(lián)，接地線截面積不小于2mm2；

3、輔助電源功率較小，只能帶動(dòng)小功率的設(shè)備(光電傳感器等)；

4、一些PLC有一定數(shù)量的占有點(diǎn)數(shù)(即空地址接線端子)，不要將線接上；

5、當(dāng)PLC輸出電路中沒有保護(hù)時(shí)，應(yīng)在外部電路中串聯(lián)使用熔斷器等保護(hù)裝置，防止負(fù)載短路造成損壞。