[西门子] PLC控制系统故障分析及处理方法

一、PLC控制系统组成及故障特性

PLC控制系统由基本单元、扩展单元及外设组成（图1），PLC控制器内总线与输出回路之间的电路结构是这样设置：输入喻出锁存器电路使用八路D触发器电路（74273）芯片。可以连接八个分路，每个分路又单独一个光电祸合器连接一个输出回路，全部锁存器芯片受控于译码控制单元电路。其中译码部分使用一块 2-4线译码器（74139）芯片，控制部分使用八同相三态缓冲器／线驱动器（74244）。

系统发生故障时，其失效率与时间有一定的关系。按该系统使用时间分成早、中、晚期三个阶段。早期指系统设计、工厂制造到初步投入运行阶段；中期指基本达到设计指标的长期使用阶段；晚期指控制系统及相关设备开关老化的阶段。

1．早期故障

早期故障多出于系统设计，因工艺欠缺，制造失误，元件质量和施工安装工艺等原因造成。一个PLC系统要经过一段时间的磨合。PLC主机处理器一旦运行2～3月之后无故障，甚至已经就是过关的产品了。

2．中期故障

系统进入生产运行阶段，其故障间隔时间（MTBF）可达10万h。在这段时间比较多的是暴露机械设备的故障和外部电气故障，以及由此影响PLC控制系统 I/O模板，损坏现场检测仪表。如果类似故障得以排除，控制系统就能够很快地进入到系统设计生产能力的运行阶段。其间，大多以正常维护和例行检查为主。

3．晚期故障

由中期过渡到晚期可能是一个很长的时间。晚期没有明确定义，其中一个重要的标志是损耗故障期。PLC本身故障开始上升，构成系统的某些部件开始老化，导致系统失常。如果能及时检查和发现这些易损件，更换之，整个系统又能平安运行。

二、PLC控制系统故障分布和分层排除

PLC控制系统大多数故障95％在外设，仅有5％发生在PLC本身。故维修系统的注意力应该首先集中在外部设备而在5％的PLC故障中，控制器内的故障只占10%，90％发生在I/O模板中。

故障发生时，首先定位故障发生在PLC内部还是外部（第一层）；是在I/O回路还是在控制器内部（第二层）；是PLC硬件故障还是软件故障（第三层）。

1．利用PLC输入、输出指示灯判断第一层故障

指示灯亮与否是一个有效而又直观的检查和发现故障的手段。

外设故障一般发生在继电器、接触器；阀门、闸板；开关、限位开关、安全保护、就地和远控转换开关；接线盒、接线端子、螺栓螺母处；传感器、仪表；电源、地线和信号线的噪音等等，排除比较容易。

PLC本身故障原因一般有归输入模块故障。②电源（内部）电压不正常。但电压不正常不一定都是电源电路有问题，有时由于内部短路，输出自我保护。③控制器内其他电路。④控制器部分。

2．利用上位监控系统（monitor）功能判断第二层故障

利用上位监控机在线监控状态，通过梯形图进行监控。如软触点显示不同的颜色代表不同的状态。查找输入元件Xo，若为on表明输入信号已送入第二层控制器，然后查找输出元件Yo，若其状态为on表明输出信号已在控制器内的寄存器中形成。如果输入输出的某端口坏了，可以利用冗余端口，将程序稍作改动，就可以恢复正常运行。

3．通过故障现象分析诊断PLC第三层故障

控制器内部电路实际上是一个单片机或单片机系统。若应用程序有误（如删改）可以重新输入备份程序。若不正常，可以编制一个简单的试验程序插入原程序之前，单独运行。如果所有分路都有故障，则故障可能在编码控制单元，应仔细检查相关电路及元件，必要时替换之；如果仅仅是某一组分路都有故障，则可能是某一块锁存器芯片已损坏；更换之。判断控制器内CPU是否出现故障，可以将CPU主板中锉电池取出，用短接线在CPU与电池正、负极连接处短接放电，从而用户程序消失，然后再接好铿电池。再通过编程器，将一个仅有一个语句的用户软件传输到CPU，这个程序仅有一个，“END”语句。断开所有的外部I/O控制与扫描、通信等，对CPU进行冷态启动，如果冷态启动仍然失败，只能说明包括CPU在内的主机箱系统的硬件需要再检查。当冷态启动正常时，说明主机系统没有故障。这时可以通过编程器或上位机重新下载用户程序，再将硬件和软件一点点地或分片与分区地投入，去寻找故障点。

总之，当PLC控制系统出现故障，首先定位故障点，然后借助测试工具加上逻辑推理逐层分析，最终把故障排除。