PLC常見故障多發(fā)點及故障方案

近年來，隨著社會的發(fā)展，PLC可編程序控制器在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的使用，同時技術人員對其使用要求也在逐年增高，因此對系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行要求也越來越高。

可編程操控器（PLC）是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。但是由于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境比較復雜，PLC故障處理也是儀表設備維護的重點之一，本文就PLC常見故障及常見故障解決方案做以分享，提升PLC維護技能。

常見故障多發(fā)點PART01

在整個PLC控制系統(tǒng)中，最容易發(fā)生故障的地點在現(xiàn)場，現(xiàn)場最容易在以下幾個方面出故障。

01 第一類故障點也是故障最多的地點)在繼電器、接觸器

如某生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)的日常維護中，電氣備件消耗量最大的為各類繼電器或空氣開關。除了產(chǎn)品本身質量原因之外，主要是由于現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣。例如，暴露于生產(chǎn)環(huán)境中的接觸器觸點易打火或氧化，逐漸發(fā)熱變形，直至不能使用。

該生產(chǎn)線所有現(xiàn)場的控制箱都是選用密閉性較好的盤柜，其內部元器件較其他采用敞開式盤柜內元器件的使用壽命明顯要長。所以避免此類故障應盡量選用高性能繼電器，并改善元器件使用環(huán)境，就可以減少更換的頻率，降低對系統(tǒng)運行的影響。

02 第二類故障多發(fā)點在閥門或閘板這一類的設備上

因為這類設備的執(zhí)行機構相對位移較大；或者傳動結構復雜，機械、電氣、液壓等各環(huán)節(jié)稍有不到位就會產(chǎn)生誤差或故障。在長期的運行狀態(tài)下，如果缺乏運行維護，易造成閥體部件的卡，堵，漏等現(xiàn)象。

因此在系統(tǒng)運行時要加強對此類設備的巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。我廠對此類設備建立了嚴格的點檢制度，定期檢查閥門是否變形，執(zhí)行機構是否靈活可用，控制器是否有效等，很好地保證了整個控制系統(tǒng)的有效性。

03 第三類故障點可能發(fā)生在開關、極限位置、安全保護和現(xiàn)場操作上的一些元件或設備上

其原因可能是因為長期磨損，也可能是長期不用而銹蝕老化。如該生產(chǎn)線窯尾料球儲庫上的布料行走車來回移動頻繁，而且現(xiàn)場粉塵較大，所以接近開關觸點出現(xiàn)變形、氧化、粉塵堵塞等從而導致觸點接觸不好或機構動作不靈敏。

對于這類設備故障的處理主要體現(xiàn)在定期維護，使設備時刻處于完好狀態(tài)。對于限位開關尤其是重型設備上的限位開關除了定期檢修外，還要在設計的過程中加入多重的保護措施。

04 第四類故障點可能發(fā)生在PLC系統(tǒng)中的子設備

這類設備如接線盒、線端子、螺栓螺母等處。這類故障產(chǎn)生的原因除了設備本身的制作工藝原因外還和安裝工藝有關，如有人認為電線和螺釘連接是壓的越緊越好，但在二次維修時很容易導致拆卸困難，大力拆卸時容易造成連接件及其附近部件的損害。長期的打火、銹蝕等也是造成故障的原因。

根據(jù)工程經(jīng)驗，這類故障一般是很難發(fā)現(xiàn)和維修的。所以在設備的安裝和維修中一定要按照安裝要求的安裝工藝進行，不留設備隱患。

05 第五類故障點是傳感器和儀表

這類故障在控制系統(tǒng)中一般反映在信號的不正常，這類設備安裝時信號線的屏蔽層應單端可靠接地，并盡量與動力電纜分開敷設，特別是高干擾的變頻器輸出電纜，而且要在PIC內部進行軟件濾波。這類故障的發(fā)現(xiàn)及處理也和日常點巡檢有關，發(fā)現(xiàn)問題應及時處理。

06 第六類故障主要是電源、地線和信號線的噪聲（干擾）

問題的解決或改善主要在于工程設計時的經(jīng)驗和日常維護中的觀察分析。

要減小故障率，很重要的一點是要重視工廠工藝和安全操作規(guī)程，在日常的工作中要遵守工藝和安全操作規(guī)程，嚴格執(zhí)行—些相關的規(guī)定，如保持集中控制室的環(huán)境等等，同時在生產(chǎn)中也應加強這些方面的管理。

過程控制系統(tǒng)本身是一個完整的系統(tǒng)，所以在分析故障或處理故障時也要注意系統(tǒng)性，單獨的對某一部分的優(yōu)化有時并不能提高系統(tǒng)的整體性能。如過分追求元器件的精度而不考慮實際的需要以及和相關設備精度的匹配，將徒然增加系統(tǒng)成本。

在日常維護中也有過把系統(tǒng)越改越復雜的現(xiàn)象，如采用復雜的控制方式和設備來實現(xiàn)本可以用簡單裝置來實現(xiàn)的控制，違背了經(jīng)濟、簡單、實用的原則，并可能會增加故障率，這也是要注意的地方。

PART02

PLC產(chǎn)品本身的可靠性可以保證，但在應用中一些不正確的操作會造成一定的影響。

PLC自身故障判斷PART03

一般來說，PLC是極其可靠的設備，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計不合理，負載電流超出額定范圍，觸點的壽命也很長。

因此，我們查找電氣故障點，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備、快速恢復生產(chǎn)是十分重要的，因此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。

01 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、信號聯(lián)系的設備，一般與變頻、直流裝置等信號連接，應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)控制中一般宜首先選用繼電器觸點型輸出，缺點是開關速度慢，一般在10ms左右，不適于高頻開關應用。

02 接地問題

PLC系統(tǒng)接地要求比較嚴格，宜有獨立的專用接地系統(tǒng)，還要注意與PLC有關的其他設備也要可靠接地。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，當相距很遠的設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，大型設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，以至于破壞設備。

PLC系統(tǒng)一般宜選用單點接地方式。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，即信號電纜的屏蔽層一點接地，信號回路浮空，與大地絕緣電阻應不小于50MΩ。

03 消除線間電容避免誤動作

電纜的各導線間都存在電容，合格的電纜能把此容值限制在一定范圍之內。即使是合格的電纜，當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應該有的輸入沒有，而不應該有的卻有，即PLC輸入互相干擾。

為解決這一問題，應做到：

使用電纜芯絞合在一起的電纜；

盡量縮短使用電纜的長度；

把互相干擾的輸入分開使用電纜；

使用屏蔽電纜。

04 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)場設備相連的電纜引入PLC的。除了接地措施外，在電纜的設計選擇和敷設施工中，宜注意采取一些抗干擾措施：

模擬量信號屬于小信號，極易受到外界干擾的影響，應選用雙層屏蔽電纜；

高速脈沖信號（如脈沖傳感器、計數(shù)碼盤等）應選用屏蔽電纜，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；

PLC之間的通信電纜頻率較高，一般應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；

模擬信號線、直流信號線不能與交流信號線在同一線槽內走線；

控制柜內引入引出的屏蔽電纜必須接地，應不經(jīng)過接線端子直接與設備相連；

交流信號、直流信號和模擬信號不能共用一根電纜，動力電纜應與信號電纜分開敷設。

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；在程序中加入抗干擾濾波代碼。

05 標記輸入輸出，方便檢修

PLC控制著一個復雜系統(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備，會束手無策，查找故障的速度會特別慢。

鑒于這種情況，我們宜根據(jù)電氣原理圖繪制一張表格，貼在設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。該表實際說明了大部分操作過程中輸入回路（觸發(fā)元件、關聯(lián)元件）和輸出回路（執(zhí)行元件）的邏輯對應關系。

實踐證明如果你能熟練利用輸入輸出對應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。

06 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，對于中高端機，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，一般是應用反查法或稱反推法，即根據(jù)輸入輸出對應表，從故障點找到對應PLC的輸出繼電器，開始反查滿足其動作的邏輯關系。經(jīng)驗表明，查到一處問題，故障基本可以排除，因為設備同時發(fā)生兩起及兩起以上的故障點是不多的。

07 充分合理利用軟、硬件資源

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；

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

盡量利用PLC內部功能軟元件，充分調用中間狀態(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；

條件允許的情況下宜獨立每一路輸出，便于控制和檢查，也保護其它輸出回路；當一個輸出點出現(xiàn)故障時只會導致相應輸出回路失控；

輸出若為正/反向控制的負載，不僅要從PLC內部程序上聯(lián)鎖，并且要在PLC外部采取措施，防止負載在兩方向動作；

PLC緊急停止宜使用外部開關切斷，以確保安全。

08 其他注意事項

不要將交流電源線接到輸入端子上，以免燒壞PLC；

接地端子應獨立接地，不與其它設備接地端串聯(lián)，接地線截面積不小于2mm2；

輔助電源功率較小，只能帶動小功率的設備（光電傳感器等）；

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；

當PLC輸出電路中沒有保護時，宜在外部電路中串聯(lián)使用熔斷器等保護裝置，防止負載短路造成損壞。

審核編輯：郭婷