PLC常见异常及解决方法

可编程操控器（PLC）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。但是由于工业现场环境比较复杂，PLC故障处理也是仪表设备维护的重点之一，本文就PLC常见故障及常见故障解决方案做以分享，提升PLC维护技能。



1常见故障多发点
在整个PLC控制系统中，最容易发生故障的地点在现场，现场最容易在以下几个方面出故障。                  

第一类故障点也是故障最多的地点)在继电器、接触器   

如某生产线PLC控制系统的日常维护中，电气备件消耗量最大的为各类继电器或空气开关。除了产品本身质量原因之外，主要是由于现场环境比较恶劣。例如，暴露于生产环境中的接触器触点易打火或氧化，逐渐发热变形，直至不能使用。该生产线所有现场的控制箱都是选用密闭性较好的盘柜，其内部元器件较其他采用敞开式盘柜内元器件的使用寿命明显要长。所以避免此类故障应尽量选用高性能继电器，并改善元器件使用环境，就可以减少更换的频率，降低对系统运行的影响。

第二类故障多发点在阀门或闸板这一类的设备上

因为这类设备的执行机构相对位移较大；或者传动结构复杂，机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。在长期的运行状态下，如果缺乏运行维护，易造成阀体部件的卡，堵，漏等现象。因此在系统运行时要加强对此类设备的巡检，发现问题及时处理。我厂对此类设备建立了严格的点检制度，定期检查阀门是否变形，执行机构是否灵活可用，控制器是否有效等，很好地保证了整个控制系统的有效性。

第三类故障点可能发生在开关、极限位置、安全保护和现场操作上的一些元件或设备上

其原因可能是因为长期磨损，也可能是长期不用而锈蚀老化。如该生产线窑尾料球储库上的布料行走车来回移动频繁，而且现场粉尘较大，所以接近开关触点出现变形、氧化、粉尘堵塞等从而导致触点接触不好或机构动作不灵敏。对于这类设备故障的处理主要体现在定期维护，使设备时刻处于完好状态。对于限位开关尤其是重型设备上的限位开关除了定期检修外，还要在设计的过程中加入多重的保护措施。   

第四类故障点可能发生在PLC系统中的子设备

这类设备如接线盒、线端子、螺栓螺母等处。这类故障产生的原因除了设备本身的制作工艺原因外还和安装工艺有关，如有人认为电线和螺钉连接是压的越紧越好，但在二次维修时很容易导致拆卸困难，大力拆卸时容易造成连接件及其附近部件的损害。长期的打火、锈蚀等也是造成故障的原因。根据工程经验，这类故障一般是很难发现和维修的。所以在设备的安装和维修中一定要按照安装要求的安装工艺进行，不留设备隐患。



第五类故障点是传感器和仪表

这类故障在控制系统中一般反映在信号的不正常，这类设备安装时信号线的屏蔽层应单端可靠接地，并尽量与动力电缆分开敷设，特别是高干扰的变频器输出电缆，而且要在PIC内部进行软件滤波。这类故障的发现及处理也和日常点巡检有关，发现问题应及时处理。        

第六类故障主要是电源、地线和信号线的噪声（干扰）

问题的解决或改善主要在于工程设计时的经验和日常维护中的观察分析。   

要减小故障率，很重要的一点是要重视工厂工艺和安全操作规程，在日常的工作中要遵守工艺和安全操作规程，严格执行—些相关的规定，如保持集中控制室的环境等等，同时在生产中也应加强这些方面的管理。

过程控制系统本身是一个完整的系统，所以在分析故障或处理故障时也要注意系统性，单独的对某一部分的优化有时并不能提高系统的整体性能。如过分追求元器件的精度而不考虑实际的需要以及和相关设备精度的匹配，将徒然增加系统成本。在日常维护中也有过把系统越改越复杂的现象，如采用复杂的控制方式和设备来实现本可以用简单装置来实现的控制，违背了经济、简单、实用的原则，并可能会增加故障率，这也是要注意的地方。
2PLC故障问题解决方法
PLC产品本身的可靠性可以保证，但在应用中一些不正确的操作会造成一定的影响。              

PLC自身故障判断

一般来说，PLC是极其可靠的设备，出故障率很低。PLC的CPU等硬件损坏或软件运行出错的概率几乎为零；PLC输入点如不是强电入侵所致，几乎也不会损坏；PLC输出继电器的常开点，若不是外围负载短路或设计不合理，负载电流超出额定范围，触点的寿命也很长。



因此，我们查找电气故障点，重点要放在PLC的外围电气元件上，不要总是怀疑PLC硬件或程序有问题，这对快速维修好故障设备、快速恢复生产是十分重要的，因此笔者所谈的PLC控制回路的电气故障检修，重点不在PLC本身，而是PLC所控制回路中的外围电气元件。               

输入输出（I/O)模块的选取

输出模块分为晶体管、双向可控硅、接点型。晶体管型的开关速度最快（一般0.2ms），但负载能力最小，约0.2~0.3A、24VDC，适用于快速开关、信号联系的设备，一般与变频、直流装置等信号连接，应注意晶体管漏电流对负载的影响。可控硅型优点是无触点、具有交流负载特性，负载能力不大。

继电器输出具有交直流负载特点，负载能力大。常规控制中一般宜首先选用继电器触点型输出，缺点是开关速度慢，一般在10ms左右，不适于高频开关应用。      

接地问题

PLC系统接地要求比较严格，宜有独立的专用接地系统，还要注意与PLC有关的其他设备也要可靠接地。多个电路接地点连接在一起时，会产生意想不到的电流，导致逻辑错误或损坏电路。产生不同的接地电势的原因，通常是由于接地点在物理区域上被分隔的太远，当相距很远的设备被通信电缆或传感器连接在一起的时候，电缆线和地之间的电流就会流经整个电路，即使在很短的距离内，大型设备的负载电流也可以在其与地电势之间产生变化，或者通过电磁作用直接产生不可预知的电流。在不正确的接地点的电源之间，电路中有可能产生毁灭性的电流，以至于破坏设备。   

PLC系统一般宜选用单点接地方式。为了提高抗共模干扰能力，对于模拟信号可以采用屏蔽浮地技术，即信号电缆的屏蔽层一点接地，信号回路浮空，与大地绝缘电阻应不小于50MΩ。   

消除线间电容避免误动作

电缆的各导线间都存在电容，合格的电缆能把此容值限制在一定范围之内。即使是合格的电缆，当电缆长度超过一定长度时，各线间的电容容值也会超过所要求的值，当把此电缆用于PLC输入时，线间电容就有可能引起PLC的误动作，会出现许多无法理解的现象。这些现象主要表现为：明接线正确，但PLC却没有输入；PLC应该有的输入没有，而不应该有的却有，即PLC输入互相干扰。

为解决这一问题，应做到：

使用电缆芯绞合在一起的电缆；

尽量缩短使用电缆的长度；

把互相干扰的输入分开使用电缆；

使用屏蔽电缆。           

抗干扰处理

工业现场的环境比较恶劣，存在着许多高低频干扰。这些干扰一般是通过与现场设备相连的电缆引入PLC的。除了接地措施外，在电缆的设计选择和敷设施工中，宜注意采取一些抗干扰措施：         

模拟量信号属于小信号，极易受到外界干扰的影响，应选用双层屏蔽电缆；

高速脉冲信号（如脉冲传感器、计数码盘等）应选用屏蔽电缆，既防止外来的干扰，也防止高速脉冲信号对低电平信号的干扰；

PLC之间的通信电缆频率较高，一般应选用厂家提供的电缆，在要求不高的情况下，可以选用带屏蔽的双绞线电缆；

模拟信号线、直流信号线不能与交流信号线在同一线槽内走线；

控制柜内引入引出的屏蔽电缆必须接地，应不经过接线端子直接与设备相连；

交流信号、直流信号和模拟信号不能共用一根电缆，动力电缆应与信号电缆分开敷设。

在现场维护时，解决干扰的方法有：对受干扰的线路采用屏蔽线缆，重新敷设；在程序中加入抗干扰滤波代码。   

标记输入输出，方便检修   

PLC控制着一个复杂系统，所能看到的是上下两排错开的输入输出继电器接线端子、对应的指示灯及PLC编号，就像一块有数十只脚的集成电路。任何一个人如果不看原理图来检修故障设备，会束手无策，查找故障的速度会特别慢。鉴于这种情况，我们宜根据电气原理图绘制一张表格，贴在设备的控制台或控制柜上，标明每个PLC输入输出端子编号与之相对应的电器符号，中文名称，即类似集成电路各管脚的功能说明。         

有了这张输入输出表格，对于了解操作过程或熟悉本设备梯形图的电工就可以展开检修了。但对于那些对操作过程不熟悉，不会看梯形图的电工来说，就需要再绘制一张表格：PLC输入输出逻辑功能表。该表实际说明了大部分操作过程中输入回路（触发元件、关联元件）和输出回路（执行元件）的逻辑对应关系。实践证明如果你能熟练利用输入输出对应表及输入输出逻辑功能表，检修电气故障，不带图纸，也能轻松自如。      

通过程序逻辑推断故障

现在工业上经常使用的PLC种类繁多，对于低端的PLC而言，梯形图指令大同小异，对于中高端机，如S7-300，许多程序是用语言表编的。实用的梯形图必须有中文符号注解，否则阅读很困难，看梯形图前如能大概了解设备工艺或操作过程，看起来比较容易。

若进行电气故障分析，一般是应用反查法或称反推法，即根据输入输出对应表，从故障点找到对应PLC的输出继电器，开始反查满足其动作的逻辑关系。经验表明，查到一处问题，故障基本可以排除，因为设备同时发生两起及两起以上的故障点是不多的。   

充分合理利用软、硬件资源

不参与控制循环或在循环前已经投入的指令可不接入PLC；         

多重指令控制一个任务时，宜先在PLC外部将它们并联后再接入一个输入点；

尽量利用PLC内部功能软元件，充分调用中间状态，使程序具有完整连贯性，易于开发。同时也减少硬件投入，降低了成本；

条件允许的情况下宜独立每一路输出，便于控制和检查，也保护其它输出回路；当一个输出点出现故障时只会导致相应输出回路失控；

输出若为正/反向控制的负载，不仅要从PLC内部程序上联锁，并且要在PLC外部采取措施，防止负载在两方向动作；

PLC紧急停止宜使用外部开关切断，以确保安全。   

其他注意事项

不要将交流电源线接到输入端子上，以免烧坏PLC；

接地端子应独立接地，不与其它设备接地端串联，接地线截面积不小于2mm²；   

辅助电源功率较小，只能带动小功率的设备（光电传感器等）；

一些PLC有一定数量的占有点数（即空地址接线端子），不要将线接上；

当PLC输出电路中没有保护时，宜在外部电路中串联使用熔断器等保护装置，防止负载短路造成损坏。
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