PLC控制系統在整流系統中的故障診斷和問題處理

摘 要 本文闡述了PLC控制系統在金川集團有限公司動力廠供電系統的生產應用過程存在的應用故障和常用維護方法，本文主要針對供電系統中的兩個整流所出現的PLC故障診斷方法進行簡單介紹，在此基礎上，闡述了電源模塊，CPU模塊，輸入、輸出I/O模塊和外部線路的故障診斷方法，并分析了故障問題產生的原因和處理方法。

【關鍵詞】PLC 控制系統 I/O輸入輸出模塊 故障診斷分析 維護處理

1 概述

可編程控制器PLC技術目前已廣泛應用于各行業中，尤其在工礦企業的生產控制過程中，它具有可靠性高、故障率低和抗干擾能力強等特點。但對于以PLC為核心的PLC控制系統而言，整套系統的外圍部件、輸入輸出I/O單元和系統程序本身，都有可能發生故障引起整套PLC控制系統的發生癱瘓，造成極大的經濟損失、環境污染甚至危及人員生命安全。在金川集團動力廠的生產過程中為了保障系統的正常運行，需定期對PLC控制系統進行檢查和維護，這個工作過程必須熟練掌握PLC控制系統常規的故障診斷和排除方法，以便提高整套控制系統的穩定性和可靠性。

2 PLC控制系統的常見故障分析

金川集團動力廠兩個整流所所用PLC主要以西門子S7300系列為主，在其應用過程中發現故障問題易發生在CPU模塊、輸入輸出I/O接口、模塊間通訊和外圍線路中，個別時候也存電源故障問題；PLC控制程序在應用過程中存在的問題較少，只要設備調試完成并經過試運行期的正常運行基本不存在故障現象。

在實際應用的檢查維護過程依據上面所述的六個方面根據故障現象有針對性的進行逐步排查，故障問題基本能夠在較短時間內準確的定位，并完成故障的處理工作。控制系統定期的巡查和維護也至關重要，好的維護工作將減少控制系統產生故障的頻率和次數，將易發、常發生的故障問題提前進行預防，提高系統的無故障運行時間。

2.1 CPU模塊和輸入輸出I/O模塊故障

在整流所整流系統運行過程中，當整流變所帶負載發生劇烈變化，整流系統易產生高頻干擾信號，外加上PLC控制系統未做好抗干擾屏蔽或可靠接地處理，通常情況下通過電源的尖峰波動易產生強磁干擾，對CPU模塊和電源模塊產生沖擊，從而引起CPU模塊故障發生，CPU在運行過程中會終止正常的程序運行，運行RUN指示燈熄滅SF系統故障指示燈亮。I/O模塊故障常發生在因使用環境腐蝕性氣體侵害時間較長，控制盤內因灰塵積累或震動發生元器件的老化損壞和短路造成模塊內部的電路板損壞，輸入點不能可靠接收外部輸入信號或輸出控制點無法提供正常控制信號，造成I/O模塊最常見的故障問題。

2.2 模塊間通訊和外圍線路問題

PLC控制系統中采用以太網通訊、Profibus-DP和MPI 通訊，通訊故障常發生在系統正常運行時間較長的一段時間后，以太網通訊基于TCP/IP通訊協議，在通訊距離較遠的位置采用光纜進行通訊，該種通訊方式發生故障時問題多發生在網絡接口和網絡連接通路中，最常見問題是由于長期震動引起的網口松動、光纖折斷和夏季溫度過熱引起的交換機故障。在Profibus-DP和MPI網絡通訊故障中最常見問題是因DP接頭、通訊線纜和通訊板卡故障引起，這兩種網絡通訊均采用西門子專用的兩芯通訊屏蔽線纜和專用接頭，使用中需保證通訊線路的阻抗值穩定，當出現DP接頭未可靠連接、屏蔽接地未可靠連接、線纜有破損、DP終端電阻開關未有效撥通和上位計算機通訊板卡硬件故障時均會造成網絡通訊的中斷和故障。在上位計算機采用CP5611通訊模塊進行通訊，對MPI網絡測試過程時常產生OX013a和OX013b故障代碼信息，該類問題的解決需積累較豐富的調試工作經驗。

一般情況下外圍線路是PLC控制系統出現故障率最高的地方，PLC控制系統中PLC控制器本身作為系統核心發生故障概率較小，在系統出現故障時更多問題多集中在PLC外圍接線線路中，包括各類按鈕、傳感器、變送器和執行機構的機械性或電氣特性因使用環境和使用習慣等原因造成損壞，都會經過連接線路接入PLC的輸入和輸出模塊，從而影響整套控制系統的正常工作，產生不易迅速檢查到的故障，影響系統運行的恢復工作。

2.3 電源模塊和程序故障

常規情況下PLC控制系統的電源故障是最易于發現和處理的，當CPU指示燈異常，整套系統不能正常工作時對電源模塊進行檢查，排除電源模塊的故障。

控制系統PLC程序在設備廠家進行系統調試過程中按照各現實物理量輸入輸出間關系的控制邏輯和時序進行了程序編寫和過程調試，在試運行期間一般都會通過正常的生產過程檢驗，能夠保證控制系統的可靠運行。系統能夠可靠穩定運行后PLC程序常規條件下不存在自我改變和修改的可能性，在這部分維護工作中需保存備份好調試完成后的最終版PLC程序，以備CPU模塊損壞后CPU替換后的程序下載。

電源模塊和程序故障是系統故障中存在概率最小的部分，但也不可忽視其所引起的故障結果，在故障的排查中仍需根據故障現象進行仔細分析考慮該部分原因的關聯性和可能性，從而準確對故障點進行有效定位和診斷處理。

3 常規巡檢與維護

PLC控制系統的常規巡檢和維護是“上工治未病，不治已病”思想的根本指導，其重要性和預防性都將直接影響到控制系統無故障時間的長短和控制對象的正常運行。依據上述PLC控制系統常見故障的分析原因可有針對性的對其進行常規巡檢和維護。

3.1 檢查系統輸入電源和外圍連接線路

確保系統電源電壓的穩定可靠性，保證電源保護線路可靠；檢查控制系統配電盤外部引線端子連接的可靠，端子點接線不存在非可靠連接，端子點間不存在短路連接，外圍所連各類按鈕、傳感器和執行器可靠穩定。

3.2 檢查電源模塊、CPU模塊和輸入輸出I/O模塊

確保其正確可靠的安裝在所在的插槽中，防止電連接不可靠造成模塊內的電氣器件損壞。endprint

3.3 確保通信線路的連接可靠

定期對通訊端口、線路和板卡進行檢查測試，防止端口連接松動，線路折斷和通訊板卡的故障，對存在的不可靠連接點進行及時改正和恢復，保證故障預防工作的有效性和及時性。

3.4 定期檢查

定期做好良好的維護措施將提高系統的無故障運行時間，減少系統的故障率的發生。

（1）做好定期的灰塵清理工作，確保為配電盤內提供潔凈的空氣環流，做好控制系統各模塊積塵的清理工作，確保模塊有較好的散熱性，尤其在夏天和溫度較高的環境中，提高PLC可編程控制器內元器件的使用壽命。

（2）外部電環境的干擾是系統易產生故障的根本原因，應定期對周圍電環境進行測量分析，對存在的干擾源進行排查，嚴禁將易產生高頻干擾的設備靠近PLC控制系統，并檢查控制系統的可靠接地和抗干擾措施是否完好可靠。

4 結束語

PLC的故障分析診斷和常規維護是保證PLC控制系統正常、可靠運行的根本。本文對常用的故障診斷方法及維護措施進行了簡單的探討。在實際工作過程中，應充分考慮到影響PLC的各種不利因素，定期進行檢查和日常維護，保證PLC控制系統安全、可靠地運行。通過生產過程的現實檢驗，該工作方法在生產中起到很好的應用效果，并保障了可編程控制系統的正常應用，提高了系統的無故障運行時間。

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作者簡介

汪濤（2002-），男，電氣自動化助理工程師。研究方向為PLC控制系統、計算機監控系統和視頻監視系統的設計和應用開發。

作者單位

1.陜西航泰電氣股份有限公司 陜西省西安市 710100

2.金川集團有限公司動力廠 甘肅省金昌市 737100endprint