plc運行故障的常見原因及處理方法

第一部分

運行中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)就會立即自動停止工作。

輸入電路是PLC接受開關(guān)量、模擬量等輸入信號的端口，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)負載要求來決定，選擇不當(dāng)會使系統(tǒng)可靠性降低 嚴重時導(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、機械故障造成觸點不動或接觸不良。

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(二)

端子接線接觸不良

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

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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邏輯梯形圖進行故障診斷維修。

對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)計的控制裝置。在設(shè)計和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運行穩(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。

在實際的生產(chǎn)環(huán)境下，外部干擾是隨機的，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、模擬量輸入信號等引起，通過精心設(shè)計系統(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)場的抗干擾技術(shù)措施——通常從電源與接地保護、接線安排 屏蔽和抗噪聲等4個方面著手考慮：

（1）電源與接地保護

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

但是電源干擾特別嚴重，可加接一個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。如果一個系統(tǒng)中含有擴展單元，則其電源必須與基本單元共用一個開關(guān)控制，也就是說，它們的上電與斷電必須同時進行。

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，接地點應(yīng)盡可能靠近PLC，并且接地點要與其它設(shè)備分開。對供電系統(tǒng)中的強電設(shè)備，其外殼、柜體、框架、機座及操作手柄等金屬構(gòu)件必須保護接地。

PLC內(nèi)部電路包括CPU、存儲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底板與中央接地點星形聯(lián)結(jié)防哚聲干擾。PLC非接地工作時，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線才能與數(shù)字量信號線裝在同一線槽內(nèi)，直流電壓數(shù)字量信號線和模擬量信號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)字量信號線和模擬量信號線一定要各自用獨立的電纜，且要用屏蔽電纜。

信號線電纜可與電源電纜共同裝在一線槽內(nèi)，為改進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).保護地使用銅導(dǎo)線與底板保持一點連接其截面積應(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的干擾。

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對模擬量信號的屏蔽總線可絕緣并將中央點連到參考電位或地(GND)上。數(shù)字量信號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

對處于強磁場(例如變壓器)的部分要進行金屬屏蔽 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，因為PLC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

PLC周期性死機的特征是PLC每運行若干時間就出現(xiàn)死機或者程序混亂，或者出現(xiàn)不同的中斷故障顯示，重新啟動后又一切正常。根據(jù)實踐經(jīng)驗認為，該現(xiàn)象最常見原因是由于PLC機體長時間的積灰造成。

所以應(yīng)定期對PLC機架插槽接口處進行吹掃。吹掃時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。清掃完畢后細心檢查一遍，恢復(fù)開機便能正常運行。

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方面的原因造成的：

1、PLC 主機及模塊必須有良好的接地。

2、主機電源線的相線與中性線必須接線正確。

3、預(yù)先準備好程序包，用作備份。

4、使用手持編程器查找故障時，應(yīng)將鎖定開關(guān)置于垂直位置，拔出就可起到保護內(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的大方向，逐漸細化，以找出具體故障，如下圖所示。

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NO.2電源故障檢查

電源燈不亮需對供電系統(tǒng)進行檢查，檢查流程圖如下圖所示。

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NO.3運行故障檢查

電源正常，運行指示燈不亮，說明系統(tǒng)已因某種異常而終止了正常運行，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個小技巧，希望能對大家在日常使用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行出錯的概率幾乎為零;PLC輸入點如不是強電入侵所致，幾乎也不會損壞;PLC輸出繼電器的常開點，若不是外圍負載短路或設(shè)計不合理，負載電流超出額定范圍，觸點的壽命也很長。

因此，查找電氣故障點，重點要放在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、接點型。

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

可控硅型優(yōu)點是無觸點、具有交流負載特性，負載能力不大。

繼電器輸出具有交直流負載特點，負載能力大。常規(guī)控制中一般首先選用繼電器觸點型輸出，缺點是開關(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)接地要求比較嚴格，最好有獨立的專用接地系統(tǒng)，還要注意與PLC有關(guān)的其他設(shè)備也要可靠接地。多個電路接地點連接在一起時，會產(chǎn)生意想不到的電流，導(dǎo)致邏輯錯誤或損壞電路。

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

即使在很短的距離內(nèi)，大型設(shè)備的負載電流也可以在其與地電勢之間產(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)一般選用一點接地方式。為了提高抗共模干擾能力，對于模擬信號可以采用屏蔽浮地技術(shù)，即信號電纜的屏蔽層一點接地，信號回路浮空，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)電纜長度超過一定長度時，各線間的電容容值也會超過所要求的值。

當(dāng)把此電纜用于PLC輸入時，線間電容就有可能引起PLC的誤動作，會出現(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、模擬量信號屬于小信號，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(如脈沖傳感器、計數(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對低電平信號的干擾；

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、模擬信號線、直流信號線不能與交流信號線在同一線槽內(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、直流信號和模擬信號不能共用一根電纜，動力電纜應(yīng)與信號電纜分開敷設(shè)。

7、在現(xiàn)場維護時，解決干擾的方法有：對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、標記輸入輸出，方便檢修

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

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

這種情況，根據(jù)電氣原理圖繪制一張表格，貼在設(shè)備的控制臺或控制柜上，標明每個PLC輸入輸出端子編號與之相對應(yīng)的電器符號，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。但對于那些對操作過程不熟悉，不會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)的邏輯對應(yīng)關(guān)系。實踐證明，如果能熟練利用輸入輸出對應(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，對于低端的PLC而言，梯形圖指令大同小異，對于中g(shù)ao端機，如S7-300，許多程序是用語言表編的。

實用的梯形圖必須有中文符號注解，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)輸入輸出對應(yīng)表，從故障點找到對應(yīng)PLC的輸出繼電器，開始反查滿足其動作的邏輯關(guān)系。

經(jīng)驗表明，查到一處問題，故障基本可以排除，因為設(shè)備同時發(fā)生兩起及兩起以上的故障點是不多的。

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

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)，同時也減少硬件投入，降低了成本;

4、條件允許的情況下最好獨立每一路輸出，便于控制和檢查，也保護其它輸出回路;當(dāng)一個輸出點出現(xiàn)故障時只會導(dǎo)致相應(yīng)輸出回路失控;

5、輸出若為正/反向控制的負載，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，防止負載在兩方向動作;

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

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時，應(yīng)在外部電路中串聯(lián)使用熔斷器等保護裝置，防止負載短路造成損壞。