PLC常見故障的分析和處理

耿旭東

（山西交通技師學院，山西 晉中 030800）

0 引 言

自可編程序控制器PLC誕生五十年來，極大推動了工業(yè)自動化的發(fā)展進程，深刻影響著人們的工作和生活。PLC所處的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境比較復(fù)雜，如在高溫、粉塵、潮濕、噪聲和振動等惡劣條件下長期工作，不可避免會出現(xiàn)各種各樣的故障，影響生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。作為一名系統(tǒng)維護人員，必須快速、準確找出故障并解決問題，恢復(fù)系統(tǒng)的正常運行。

1 PLC故障產(chǎn)生的來源

PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、輸入接口、輸出接口、通信接口、電源和編程器等幾部分組成。其中：CPU是PLC的核心；I/O接口用來連接輸入和輸出設(shè)備；通信接口用于連接編程器和上位機；電源為PLC各部分提供電能。PLC的故障主要來自于PLC故障和PLC外部設(shè)備故障。PLC故障包括中央處理單元故障、電源故障和接口故障。中央處理單元故障包括CPU故障、存儲器故障和系統(tǒng)總線故障。接口故障包括輸入接口電路故障、輸出接口電路故障和通信接口電路故障[1]。輸入/輸出設(shè)備故障有按鈕、接近開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器、接觸器和電磁閥等故障。

在PLC控制系統(tǒng)中，PLC內(nèi)部的CPU、存儲器、系統(tǒng)總線的故障率比較低，發(fā)生故障較多的是PLC的輸入電路、輸出電路、電源模塊和通信模塊等部位，更多故障發(fā)生于輸入、輸出設(shè)備。維修時，只要PLC電源指示燈、RUN/STOP指示燈、SF指示燈亮滅正常，就不要懷疑PLC發(fā)生故障。如果通過診斷程序確認運算程序有輸出，而PLC的物理接口沒有輸出，那么輸出接口電路或輸出設(shè)備存在故障。因此，維修PLC時，首先要判別是外部設(shè)備故障還是PLC本身故障。

2 PLC控制系統(tǒng)的故障類型

PLC控制系統(tǒng)的故障按來源可以分為PLC本身故障和外圍設(shè)備故障兩大類。按軟件、硬件的性質(zhì)分為軟件故障和硬件故障，一般軟件故障比較少。按照PLC的手冊便于查找故障點，但硬件故障具有多發(fā)性，有時又極為隱蔽，需要工作人員細心觀察，綜合判斷。按故障發(fā)生的范圍分為局部故障和全局故障。局部故障涉及元器件少，易確定故障點；全局性故障往往由PLC本身各部分不正常的工作狀態(tài)互相影響而引起，判斷時比較困難。

3 PLC故障分析的原則

當PLC控制系統(tǒng)發(fā)生故障后，首先仔細觀察故障現(xiàn)象，由外到內(nèi)、由大到小、由易到難，分析電路工作原理，縮小故障范圍，確定故障部位，更換故障元件，恢復(fù)系統(tǒng)工作[2]。

4 PLC外部設(shè)備的常見故障點分析和處理

4.1 輸入電路故障點

輸入電路中，由于工作現(xiàn)場的溫度變化、長期磨損、粉塵污染等，導(dǎo)致一些輸入器件逐漸老化損壞，如開關(guān)、按鈕、限位開關(guān)、接近開關(guān)、安全保護裝置和熱保護器件的觸點出現(xiàn)變形、燒蝕、氧化和粉塵堵塞等，造成觸點接觸不良，輸入信號無法正確傳遞，程序控制指令不能傳送到輸出端子，輸出設(shè)備無法動作。對于這些輸入元件，要定期維護、保養(yǎng)，使設(shè)備處于正常工作狀態(tài)。輸入電路中的傳感器故障在PLC控制系統(tǒng)中常表現(xiàn)為信號異常，傳感器在安裝時，信號線的屏蔽層要可靠接地，把信號線與動力電纜分開敷設(shè)，具有高頻干擾的變頻器輸出電纜也要分開敷設(shè)，并在PLC內(nèi)部進行軟件濾波。日常巡檢中，不能遺漏這些檢查點，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時檢修和更換設(shè)備。

4.2 輸出電路的故障點

輸出設(shè)備中，繼電器、接觸器和電磁閥是與PLC輸出端直接相連接的設(shè)備，工作電流較大，動作頻繁，極易損壞，是PLC控制系統(tǒng)中出現(xiàn)故障最多的部位。工業(yè)生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)的日常維護中，由于現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，長時間的高頻度工作導(dǎo)致設(shè)備極易損壞，電氣備件消耗量最大的是各類繼電器、接觸器、空氣開關(guān)。此外，經(jīng)常暴露于生產(chǎn)環(huán)境中的接觸器觸點易打火、腐蝕、氧化甚至粘連，造成輸出端故障。為避免此類故障發(fā)生，應(yīng)選用高性能繼電器、接觸器和電磁閥，改善元器件的使用環(huán)境，按巡檢要求定期檢查和維護，保障生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)的正常運行。

4.3 PLC系統(tǒng)中連接部件的故障點

PLC中發(fā)揮連接和固定作用的接線端子、接線盒、固定螺栓和螺母等易發(fā)生故障。這些故障點主要是設(shè)備本身制造工藝、安裝工藝差，長時間打火、銹蝕等造成。這類故障比較隱蔽，不易被發(fā)現(xiàn)。因此，在設(shè)備安裝和維修中，要按照安裝工藝的要求選擇質(zhì)量可靠的部件，并進行規(guī)范安裝，盡可能減少故障發(fā)生的可能性。

5 PLC本身的故障點分析和處理

5.1 PLC本身的故障點

PLC本身的故障由PLC內(nèi)部的功能性錯誤或程序錯誤造成，迫使系統(tǒng)無法正常工作。PLC具有很強的故障檢測和處理能力，CPU檢測到某種錯誤信息后，利用自身完善的診斷功能診斷程序，找到故障代碼并顯示到上位機的屏幕中。根據(jù)屏幕上的顯示信息，找到故障的模塊或部件，更換損壞的模塊或部件后即可排除故障[3]。

從PLC的編程軟件中可以獲得大量的硬件故障與編程錯誤的信息。PLC內(nèi)部集成了錯誤信息識別和記錄功能；因此，維修人員要熟練掌握應(yīng)用編程軟件顯示錯誤信息和診斷代碼的能力，進而快速查找故障，為分析和排除PLC系統(tǒng)本身故障提供有效的解決方法。當PLC的軟件不正常時，要查看PLC的運行狀態(tài)是否正常，如果不正常就進行CPU清除，重新下載控制程序。

5.2 電源模塊故障點

PLC通電后，其STOP或RUN指示燈亮，如果不亮，說明電源部分有故障，此時檢查電源供電電壓是否正常，如電源供電正常，則是PLC電源發(fā)生故障，可拆開電源模塊檢查內(nèi)部電路是否出現(xiàn)故障。通電后，如果SF指示燈亮，拔動擴展端口內(nèi)的STOP/RUN開關(guān)也不能恢復(fù)正常，則是系統(tǒng)出現(xiàn)故障。系統(tǒng)故障由各種電磁干擾、ROM失效等引起。對電源采取抗干擾措施，控制信號線和動力線路，PLC應(yīng)分開布線，盡量遠離干擾源，電源線與I/O信號線分開布線，相互留有一定距離。如果BATT指示燈亮，說明鋰電池電壓不足，那么存放用戶程序的隨機存儲器RAM、計數(shù)器和有保持功能的輔助繼電器無法正常工作，此時需更換鋰電池。鋰電池的壽命大約是5年，更換時先開機給PLC供電15 s以上，保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失，然后快速更換同規(guī)格的鋰電池。

5.3 通信模塊故障點

由于通信模塊和網(wǎng)絡(luò)連接在一起，網(wǎng)絡(luò)受外界環(huán)境的影響比較大，常因外部環(huán)境干擾導(dǎo)致通信模塊損壞；因此，要分析是通信模塊本身的故障還是外界環(huán)境影響導(dǎo)致的故障。如果是外界因素的影響，就要排除外部干擾，之后查看通信模塊的故障。通信模塊和主板的連接或與PLC的連接采用插卡式結(jié)構(gòu)，由于空氣溫度變化、環(huán)境潮濕導(dǎo)致插槽銹蝕、觸點氧化，易造成接觸不良，使系統(tǒng)不能正常工作。因此，工作人員應(yīng)按照正確的方法插拔板卡，注意日常維護板卡觸點和總線插槽。

6 結(jié) 論

對大中型PLC控制系統(tǒng)而言，應(yīng)制定嚴格的維護和保養(yǎng)制度，做好運行、維護、保養(yǎng)記錄。按照維護和保養(yǎng)制度的要求定期維護保養(yǎng)，檢查設(shè)備安裝施工中接線有無氧化、松動現(xiàn)象，清除設(shè)備上的油污、灰塵雜質(zhì)。檢查系統(tǒng)供電電壓是否正常，檢查輸入/輸出元件的狀態(tài)是否在規(guī)定范圍內(nèi)，后備電池的電壓是否充足，并備足常用的模塊、器件，以便及時更換，最大限度減少故障的發(fā)生幾率。

在工控領(lǐng)域，各種工控設(shè)備和智能化設(shè)備發(fā)揮著越來越重要的作用，PLC依然擔負著重要角色，構(gòu)成了系統(tǒng)復(fù)雜、完整的控制系統(tǒng)。在分析和排除故障時，要從整個控制系統(tǒng)的角度全面考慮各種影響因素，全面深入分析不同故障，適時采用PLC控制系統(tǒng)的自診斷功能，充分發(fā)揮編程軟件的在線監(jiān)控功能，準確把握故障發(fā)生方向，匯總診斷信息，科學、合理地分析、處理故障，降低維修成本，快速排除故障，恢復(fù)正常工作，提高生產(chǎn)效率，使系統(tǒng)設(shè)備平穩(wěn)運行。