控制系統中PLC對故障診斷的作用

遼寧輕工職業學院 孫 偉

隨著計算機技術的發展，PLC愈來愈廣泛應用于生產和生活領域中，它尤其應用在工業的過程控制中。由于PLC可以節省控制系統中的低壓電器元件，并且控制邏輯可以更改，再加上PLC工作性能穩定，PLC甚至已經成為工業控制系統中的標準設備。但是正因為PLC控制系統的重要性，一旦控制系統發生故障，輕則影響生產，重則造成人生安全。筆者針對PLC本身的功能，分析在控制系統出現故障時，如何利用PLC進行故障診斷。

一、PLC控制系統故障種類

PLC控制系統的故障按照發生的位置主要分為以下幾種：

(一)PLC本身硬件故障

PLC工作性能穩定，出現自身故障的幾率很少，幾率低于10%，因此當控制系統出現故障時，首要考慮的是其他部分故障。PLC本身硬件故障的常見故障有：輸入模塊故障、輸出模塊故障和CPU模塊故障。

1.輸入模塊故障

輸入模塊故障主要是因為輸入電路電流過大或因為輸入電路回路中因為線圈的存在造成瞬間感應電動勢過大造成的。

圖1 出現問題的電路

圖2 改后的電路

以西門子輸入模塊為例，圖1是plc控制電路中常見的電氣控制邏輯，但是圖1的電路中按下SB1按鈕時，PLC的輸入模塊常被燒毀，主要原因是KM1線圈產生很大的感應電動勢，這個電動勢加在了PLC輸入端子模塊上，將輸入模塊燒壞。我們可以將電氣圖改為圖2所示，雖然僅僅加了個中間繼電器KA1，但是將KM1的感應電動勢隔開了，避免了輸入模塊的損壞。

2.輸出模塊故障

輸出模塊故障主要是因為輸出電路電流過大或短路。以西門子輸出模塊為例，在圖3電路運行時開關電源模塊和PLC輸出模塊總出故障，檢查后得知KA1繼電器漏電，將220V的電壓流進入了24V的電路中，因此損壞了開關電源模塊和PLC的輸出模塊。更換KA1繼電器后即排除故障。

圖3 輸出模塊電路

3.CPU模塊故障

一般情況下PLC是性能是比較可靠的，CPU模塊出現故障的情況較少，原因也往往是因為干擾竄入了較大的電流，主要是接地設計出現的問題，或者是多回路共地出現了耦合。

PLC模塊出現了故障，我們可以通過模塊上的LED指示燈的閃爍觀察是輸入、輸出還是CPU模塊出現了問題。

(二)PLC內部邏輯故障

控制系統的故障也可能是PLC內部程序邏輯出現問題，當系統在運行期間，邏輯問題顯現，這個我們可以將程序導出在計算機上，通過組態軟件調試，看看主要是哪里出現問題。

(三)PLC外部硬件故障

1.輸入外部電路出現故障

輸入外部電路出現故障可以通過PLC的LED的指示燈來檢查是那個輸入回路出現問題。

2.輸出外部電路出現故障

輸出外部電路出現故障可以通過觀察或檢查執行元件的動作判斷是哪里的問題。

二、控制系統利用PLC排除故障

我們可以通過PLC設備的LED燈的閃爍來檢查是否是PLC本身出現的問題。PLC本身出現問題的幾率是很小的。一般情況下，系統的故障往往是系統的傳感器或執行元件(繼電器、接觸器等)出現了故障。

(一)排除輸出電路故障

觀察PLC輸出繼電器的LED燈的情況，判斷PLC是否有輸出信號，如果有而外部電路沒有執行，則需要根據電氣圖檢查輸出強電部分故障，如果PLC沒發出輸出信號，則檢查是否是PLC程序問題。

(二)排除PLC輸入電路故障

觀察PLC輸入繼電器指示燈是否亮是直觀而簡單的排故障手段，如果指示燈沒亮，則要檢查各輸入電路的開關等接線問題或輸入電路的電源供給問題。

(三)利用好上位機檢查故障

利用上位機檢查PLC的程序運行情況，如果發現是PLC的輸入或輸出端子出現問題，可以利用多余端子，并要將程序進行相應修改，即可正常工作。

(四)利用PLC的故障自檢功能

現在的PLC控制系統在設計時已經考慮了系統運行過程中容易出現的問題，因此編寫了故障診斷程序。PLC根據自己的I/O的狀況，并結合設備的工作原理，判斷出故障的位置并發出報警，維修人員要相信PLC的故障提示。如果我們可以斷定程序有輸出但是PLC的物理地址沒有動作，可以認為是PLC硬件問題，要更換模塊或接口。

(五)根據PLC控制系統控制對象來進行故障診斷

根據控制對象的工作原理診斷故障。以華中世紀星的數控車床為例，按下機床的操作面板上的換刀按鈕，發現刀架不動。檢查數控機床的PLC動作，發現PLC的動作指示正常，KA4有電，檢查發現刀架電動機無電源提供，于是診斷出KM1故障。

圖4 HNC21T刀架控制回路

總之，當PLC控制系統出現故障，首先要根據PLC的運行情況找出故障點，再根據控制邏輯和檢查工具將故障排除。

然后借助測試工具，加上邏輯推理，逐層分析，最終把故障排除。

[1]王新平,燕紅俠.PLC輸入模塊損壞原因分析及采取的措施[J].煤炭技術,2009(2).

[2]陳萬疆.機電設備PLC控制系統故障檢測技術的研究[J].華章.2013(9).