PLC電氣系統中的常見故障及處置措施

佘林峰

蘇州科技大學，江蘇 蘇州 215099

0 引言

自20世紀60年代美國推出PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）取代傳統繼電器控制裝置以來，PLC在各行各業得到了廣泛應用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術、網絡技術的不斷發展和用戶需求的不斷提高，今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發揮著十分重要的作用。

PLC功能齊全、體積小、通用性強，但是一旦某個環節出現差錯，那么整個流水線便會因此而無法運行。因此，在PLC電氣系統運行中做好日常維護工作，一旦出現故障，及時找出PLC的故障原因并處理，可有效保障系統的運行效率。

1 PLC的故障時期與特性

（1）早期故障期：早期故障期經常會因為設計不合理，工藝缺失，元器件質量等原因而頻頻出錯，運行不正常。從投入使用開始，故障持續時間與其規模和設計有關。這個時期主要依靠找出不可靠原因，使系統穩定。

（2）隨機故障期：在度過早期故障期之后，就到了隨機故障期。這個時候整個系統的故障率已經降至最低，系統故障也趨于穩定。由于這一時期的故障是隨機發生的，但是低于設計時的故障率，是整個系統的黃金時期，也稱為有效壽命期。

（3）損耗故障期：在這一時期，因為系統的老化嚴重，一些零件損耗極大，導致故障率逐漸增加。

由此可見，PLC系統設計要盡可能縮短早期故障期的存在時間，延長黃金期也就是隨機故障期的時間，并盡量延緩損耗故障期的到來[1]。

2 PLC故障診斷技術

既然PLC系統容易出現故障，那必然需要相應的診斷技術。經過多年的發展，PLC逐漸形成了成熟的故障診斷體系，也有了成熟的故障診斷技術。

2.1 人工離線監控診斷

因為半導體、晶體管等微型化的發展，集成電路成了大多數人的首要選擇。緊接著便是電子技術與計算機技術的更新迭代，引起了數字處理信號和分析技術的發展。但是，依靠人工進行檢查與診斷，系統的故障診斷在很大程度上受人的主觀判斷影響。即便是很有經驗的維護人員也很難保證診斷不出錯誤。這樣不僅費時費力，影響設備運行，有時候也未必能達到較好的診斷效果。加之后期維修也依靠員工的經驗，難度也取決于機器的復雜程度，故這種方式已逐漸被淘汰。

2.2 單機集中式在線診斷

單機集中式診斷基于計算機的在線集中檢測與診斷，但是由于缺乏信息，其適用范圍、靈活性、操作性也存在不足。

2.3 基于局域網的遠程監控故障檢測

這種方法能根據設備的功能與地理分布，將分布在不同局域網的設備聯接起來，使它們協同工作。但因為這些系統需要構建主干、分支局域網網絡、工業通信網絡、現場檢測設備、通信系統等來實現多資源共享、多設備協同工作、擴散篩查式監控和設備統一運行，因此對診斷人員的經驗、知識儲備、職業素養等要求較高[2]。

3 PLC的常見故障及其原因

3.1 外圍電路元器件故障

通常情況下，在PLC控制系統使用了一段時間之后，外圍電路元器件故障出現的頻率會增加。并且當PLC控制回路中出現了元器件的損壞故障后，整個控制系統會因此自動停止工作。

PLC的開關量輸出有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出三種形式，如果選擇不當會導致系統的可靠性降低，嚴重時將會使系統無法正常工作，因此應根據負載要求來決定具體選擇哪種形式的輸出，這樣才能保證系統的正常運行。

PLC的輸入電路是系統接受開關量、模擬量等輸入信號的端口，倘若元器件的質量達不到系統所需要的標準，那么控制系統的故障率則會偏高。同樣的，光是元器件質量達標顯然不夠，接線方式及是否牢靠也是影響控制系統可靠性的重要因素。

外接繼電器、接觸器、電磁閥等執行元件，也是要注意的地方。這些元件的質量的是否合格，也會影響到整個控制系統的運行與運作。常見的故障有線圈短路、機械故障造成觸點不動或者接觸不良等。

除上述原因之外，PLC還有一種情況下會發生外圍電路故障。因為PLC的輸出端子帶負載能力是有限的，一旦其負載超過上限，那便會發生外圍電路故障，只能通過外接繼電器或接觸器等方式保障其繼續工作[3]。

3.2 PLC受到干擾引起的功能性故障

現在系統中的各類型PLC是專門為工業生產環境而設計的。其采用了多層次抗干擾和精選元件措施，擁有很強的可靠性，一般情況下并不需要采取什么特殊措施而能直接使用。

PLC受到的干擾可分為外部干擾和內部干擾。其中外部干擾比較隨機，干擾源無法消除，只能看情況來限制故障的發生。

內部干擾主要與系統的內部結構有關，需要通過精心處理來減少故障、抑制故障，否則將對系統的內主電路、模擬量輸入等產生影響，從而影響整個PLC系統的運行[4]。

3.3 PLC數顯儀表數據無顯示或顯示不準確

數顯儀表是連接用戶與PLC的重要平臺，一旦其出現故障，用戶將難以控制整個系統，對生產運作造成損失。PLC數顯儀表故障主要分為數據無顯示或顯示不準確兩種類型。如果儀表無數據顯示，那么電氣系統將處于暫停狀態，電氣設備也將處于停止作業的狀態。如果輸出的信息在接收過程中不能有效地將指令傳達給各個電氣設備，那么即使電氣設備能夠正常運作，也無法按照用戶設置的指令運作，從而造成損失[5-6]。

3.4 PLC周期性死機

PLC在工業生產中常常會出現周期性死機，其表現是每運行一段時間就會出現死機或者程序混亂，或者出現不同的中斷故障顯示，重新啟動后又一切正常。隨著電氣系統的運行年數增長，死機的頻率會明顯增加。大部分時候是由于PLC機體長時間的積灰導致的，但是有時候是因為硬件或者軟件出現損壞或者質量不達標造成的。

在硬件方面，通常是長時間沒有清理導致硬件積灰，進而導致散熱能力下降所致，有時會因為輸入/輸出端口的損壞致使程序無法接收信號，無法下達命令。

而在軟件方面，可能會因為保護程序的誤啟而使得程序發生死循環。

4 PLC電氣系統故障處理方法

4.1 優化I/O端口

輸入/輸出端口有統一編址和獨立編址兩種編址形式。其中統一編址功能性較強，更方便訪問外設端口，且系統邏輯也更加簡單，但對儲存空間有要求。并且統一編址指令較長，識別時需要對全部地址線進行譯碼，復雜性高、效率低。

獨立編碼不影響儲存器的儲存空間，譯碼簡單，查找速度快，效率高，但是靈活性不夠，處理能力較弱。

因此，在選擇輸入/輸出端口時，要慎重，可借助程序驅動器觀察機械電氣設備的動作順序變化，建立PLC檢修系統化體系，并通過端口來判斷機械電氣設備相關信號接收系統與輸出系統是否處于正常的運轉狀態，并根據具體情況對系統進行維護整修或調整內部數據。

4.2 對PLC電氣系統進行定期維護

鑒于PLC系統經常會出現死機等情況，故要加強對PLC系統的定期維護。維護通常分為硬件維護與軟件維護兩方面。

在硬件維護方面，定期對PLC機架插槽接口處進行吹掃，吹掃時用壓縮空氣與軟毛刷將整個PLC機架的硬件吹掃干凈，再用濃度為95%的酒精對吹掃后的硬件進行擦拭，在吹掃擦拭結束后再檢測一遍，最后再開機恢復運行。

在軟件維護方面，程序改寫參數內容后，切記初始化部分；對電氣系統的保護程序做定期檢測，防止保護程序的誤啟動；在進行程序維護時預先準備好程序包，做好備份工作。

5 結束語

PLC是一個很容易受到外界干擾的電氣系統，也因此很容易發生故障。因此，要經常性的維護系統，優化輸入/輸出端口。為保障整個系統的運行正常，減少意外，需要提高系統使用的元器件的質量，同時對電氣系統的程序進行優化。同時，需要開發人員擁有極高的素質和能力，對系統有深刻的理解，熟知系統常見的故障并且能快速處理，并盡可能降低系統的故障率，從而降低隱患。