淺析PLC常見故障多發(fā)點及解決方案

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(shù)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(yīng)用而設(shè)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(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)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(fù)雜，PLC故障處理也是儀表設(shè)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，幫助儀表人提升PLC維護技能。

常見故障多發(fā)點

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。

1、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(guān)。除了產(chǎn)品本身質(zhì)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(nèi)部元器件較其他采用敞開式盤柜內(nèi)元器件的使用壽命明顯要長。所以避免此類故障應(yīng)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。

2、第二類故障多發(fā)點在閥門或閘板這一類的設(shè)備上。

因為這類設(shè)備的執(zhí)行機構(gòu)相對位移較大；或者傳動結(jié)構(gòu)復(fù)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(shè)備的巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。我廠對此類設(shè)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(gòu)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。

3、第三類故障點可能發(fā)生在開關(guān)、極限位置、安全保護和現(xiàn)場操作上的一些元件或設(shè)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(guān)觸點出現(xiàn)變形、氧化、粉塵堵塞等從而導(dǎo)致觸點接觸不好或機構(gòu)動作不靈敏。對于這類設(shè)備故障的處理主要體現(xiàn)在定期維護，使設(shè)備時刻處于完好狀態(tài)。對于限位開關(guān)尤其是重型設(shè)備上的限位開關(guān)除了定期檢修外，還要在設(shè)計的過程中加入多重的保護措施。

4、第四類故障點可能發(fā)生在PLC系統(tǒng)中的子設(shè)備。

這類設(shè)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(shè)備本身的制作工藝原因外還和安裝工藝有關(guān)，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(dǎo)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(shè)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(shè)備隱患。

5、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(shè)備安裝時信號線的屏蔽層應(yīng)單端可靠接地，并盡量與動力電纜分開敷設(shè)，特別是高干擾的變頻器輸出電纜，而且要在PIC內(nèi)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(guān)，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時處理。

6、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(shè)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(guān)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(yīng)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(guān)設(shè)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(fù)雜的現(xiàn)象，如采用復(fù)雜的控制方式和設(shè)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。

PLC故障問題解決方法

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

1、PLC自身故障判斷

一般來說，PLC是極其可靠的設(shè)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(shè)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(shè)備、快速恢復(fù)生產(chǎn)是十分重要的，因此筆者所談的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。

2、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(guān)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(guān)、 信號聯(lián)系的設(shè)備，一般與變頻、直流裝置等信號連接，應(yīng)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(guān)速度慢，一般在10ms左右，不適于高頻開關(guān)應(yīng)用。

3、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(guān)的其他設(shè)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(dǎo)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(shè)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(nèi)，大型設(shè)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(yù)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(shè)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(shù)，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(yīng)不小于50MΩ。

4、消除線間電容避免誤動作

電纜的各導(dǎo)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(nèi)。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(yīng)該有的輸入沒有，而不應(yīng)該有的卻有，即PLC輸入互相干擾。為解決這一問題，應(yīng)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。

5、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(shè)備相連的電纜引入PLC的。除了接地措施外，在電纜的設(shè)計選擇和敷設(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(nèi)走線；

控制柜內(nèi)引入引出的屏蔽電纜必須接地，應(yīng)不經(jīng)過接線端子直接與設(shè)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(yīng)與信號電纜分開敷設(shè)。

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(shè)；在程序中加入抗干擾濾波代碼。

6、標記輸入輸出，方便檢修

PLC控制著一個復(fù)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(yīng)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(shè)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(shè)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(yīng)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(shè)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(guān)聯(lián)元件）和輸出回路（執(zhí)行元件）的邏輯對應(yīng)關(guān)系。實踐證明如果你能熟練利用輸入輸出對應(yīng)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。

7、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(shè)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(yīng)用反查法或稱反推法，即根據(jù)輸入輸出對應(yīng)表，從故障點找到對應(yīng)PLC的輸出繼電器，開始反查滿足其動作的邏輯關(guān)系。經(jīng)驗表明，查到一處問題，故障基本可以排除，因為設(shè)備同時發(fā)生兩起及兩起以上的故障點是不多的。

8、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(wù)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(nèi)部功能軟元件，充分調(diào)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(dǎo)致相應(yīng)輸出回路失控；

輸出若為正/反向控制的負載，不僅要從PLC內(nèi)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(guān)切斷，以確保安全。

9、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(yīng)獨立接地，不與其它設(shè)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(shè)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。