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PLC常见故障的分析和处理

2019-10-31耿旭东

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可编程序控制器PLC(Programmable Logic Computer)在工业自动化控制领域得到了广泛应用,是工业自动化控制系统的核心部件。它具有很高的可靠性,但由于长时间在各种不良工作环境的现场工作,多种工控器件会互相影响,进而造成各种故障问题,影响工业自动化系统的工作效率。为了分析和排除这些故障问题,介绍了PLC控制系统故障的来源和故障类型,说明PLC故障分析的思路原则,分析PLC故障点并排除PLC控制系统故障,使自动化控制系统保持良好的工作状态。

0 引言

    自可编程序控制器PLC诞生五十年来,极大推动了工业自动化的发展进程,深刻影响着人们的工作和生活。PLC 所处的工业现场环境比较复杂,如在高温、粉尘、潮湿、噪声和振动等恶劣条件下长期工作,不可避免会出现各种各样的故障,影响生产系统的稳定运行。作为一名系统维护人员,必须快速、准确找出故障并解决问题,恢复系统的正常运行。

1 PLC故障产生的来源

    PLC的硬件主要由中央处理器(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入接口、输出接口、通信接口、电源和编程器等几部分组成。其中:CPU是PLC的核心;I/O接口用来连接输入和输出设备;通信接口用于连接编程器和上位机;电源为 PLC各部分提供电能。PLC的故障主要来自于PLC故障和PLC外部设备故障。PLC故障包括中央处理单元故障、电源故障和接口故障。中央处理单元故障包括 CPU 故障、存储器故障和系统总线故障。接口故障包括输入接口电路故障、输出接口电路故障和通信接口电路故障。输入/输出设备故障有按钮、接近开关、行程开关、传感器、接触器和电磁阀等故障。

    在PLC控制系统中,PLC内部的CPU、存储器、系统总线的故障率比较低,发生故障较多的是PLC的输入电路、输出电路、电源模块和通信模块等部位,更多故障发生于输入、输出设备。维修时,只要PLC电源指示灯、RUN/STOP指示灯、SF指示灯亮灭正常,就不要怀疑PLC发生故障。如果通过诊断程序确认运算程序有输出,而PLC的物理接口没有输出,那么输出接口电路或输出设备存在故障。因此,维修PLC时,首先要判别是外部设备故障还是PLC本身故障。

2 PLC控制系统的故障类型

    PLC控制系统的故障按来源可以分为PLC本身故障和外围设备故障两大类。按软件、硬件的性质分为软件故障和硬件故障,一般软件故障比较少。按照PLC的手册便于查找故障点,但硬件故障具有多发性,有时又极为隐蔽,需要工作人员细心观察,综合判断。按故障发生的范围分为局部故障和全局故障。局部故障涉及元器件少,易确定故障点;全局性故障往往由PLC本身各部分不正常的工作状态互相影响而引起,判断时比较困难。

3 PLC故障分析的原则

    当PLC控制系统发生故障后,首先仔细观察故障现象,由外到内、由大到小、由易到难,分析电路工作原理,缩小故障范围,确定故障部位,更换故障元件,恢复系统工作。

4 PLC外部设备的常见故障点分析和处理

    4.1 输入电路故障点

    输入电路中,由于工作现场的温度变化、长期磨损、粉尘污染等,导致一些输入器件逐渐老化损坏,如开关、按钮、限位开关、接近开关、安全保护装置和热保护器件的触点出现变形、烧蚀、氧化和粉尘堵塞等,造成触点接触不良,输入信号无法正确传递,程序控制指令不能传送到输出端子,输出设备无法动作。对于这些输入元件,要定期维护、保养,使设备处于正常工作状态。输入电路中的传感器故障在PLC控制系统中常表现为信号异常,传感器在安装时,信号线的屏蔽层要可靠接地,把信号线与动力电缆分开敷设,具有高频干扰的变频器输出电缆也要分开敷设,并在PLC内部进行软件滤波。日常巡检中,不能遗漏这些检查点,发现问题应及时检修和更换设备。

    4.2 输出电路的故障点

    输出设备中,继电器、接触器和电磁阀是与PLC输出端直接相连接的设备,工作电流较大,动作频繁,极易损坏,是PLC控制系统中出现故障最多的部位。工业生产线PLC控制系统的日常维护中,由于现场环境比较恶劣,长时间的高频度工作导致设备极易损坏,电气备件消耗量最大的是各类继电器、接触器、空气开关。此外,经常暴露于生产环境中的接触器触点易打火、腐蚀、氧化甚至粘连,造成输出端故障。为避免此类故障发生,应选用高性能继电器、接触器和电磁阀,改善元器件的使用环境,按巡检要求定期检查和维护,保障生产线PLC控制系统的正常运行。

    4.3 PLC系统中连接部件的故障点

    PLC中发挥连接和固定作用的接线端子、接线盒、固定螺栓和螺母等易发生故障。这些故障点主要是设备本身制造工艺、安装工艺差,长时间打火、锈蚀等造成。这类故障比较隐蔽,不易被发现。因此,在设备安装和维修中,要按照安装工艺的要求选择质量可靠的部件,并进行规范安装,尽可能减少故障发生的可能性。

5 PLC本身的故障点分析和处理

    5.1 PLC 本身的故障点

    PLC本身的故障由PLC内部的功能性错误或程序错误造成,迫使系统无法正常工作。PLC具有很强的故障检测和处理能力,CPU检测到某种错误信息后,利用自身完善的诊断功能诊断程序,找到故障代码并显示到上位机的屏幕中。根据屏幕上的显示信息,找到故障的模块或部件,更换损坏的模块或部件后即可排除故障。

    从PLC的编程软件中可以获得大量的硬件故障与编程错误的信息。PLC内部集成了错误信息识别和记录功能;因此,维修人员要熟练掌握应用编程软件显示错误信息和诊断代码的能力,进而快速查找故障,为分析和排除PLC系统本身故障提供有效的解决方法。当PLC的软件不正常时,要查看PLC的运行状态是否正常,如果不正常就进行CPU清除,重新下载控制程序。

    5.2 电源模块故障点

    PLC通电后,其STOP或RUN指示灯亮,如果不亮,说明电源部分有故障,此时检查电源供电电压是否正常,如电源供电正常,则是PLC电源发生故障,可拆开电源模块检查内部电路是否出现故障。通电后,如果SF指示灯亮,拔动扩展端口内的STOP/RUN开关也不能恢复正常,则是系统出现故障。系统故障由各种电磁干扰、ROM失效等引起。对电源采取抗干扰措施,控制信号线和动力线路,PLC应分开布线,尽量远离干扰源,电源线与I/O信号线分开布线,相互留有一定距离。如果BATT指示灯亮,说明锂电池电压不足,那么存放用户程序的随机存储器RAM、计数器和有保持功能的辅助继电器无法正常工作,此时需更换锂电池。锂电池的寿命大约是5年,更换时先开机给PLC供电15s以上,保证RAM中的数据不丢失,然后快速更换同规格的锂电池。

    5.3通信模块故障点

    由于通信模块和网络连接在一起,网络受外界环境的影响比较大,常因外部环境干扰导致通信模块损坏;因此,要分析是通信模块本身的故障还是外界环境影响导致的故障。如果是外界因素的影响,就要排除外部干扰,之后查看通信模块的故障。通信模块和主板的连接或与 PLC 的连接采用插卡式结构,由于空气温度变化、环境潮湿导致插槽锈蚀、触点氧化,易造成接触不良,使系统不能正常工作。因此,工作人员应按照正确的方法插拔板卡,注意日常维护板卡触点和总线插槽。

6 结论

    对大中型PLC控制系统而言,应制定严格的维护和保养制度,做好运行、维护、保养记录。按照维护和保养制度的要求定期维护保养,检查设备安装施工中接线有无氧化、松动现象,清除设备上的油污、灰尘杂质。检查系统供电电压是否正常,检查输入/输出元件的状态是否在规定范围内,后备电池的电压是否充足,并备足常用的模块、器件,以便及时更换,最大限度减少故障的发生几率。

    在工控领域,各种工控设备和智能化设备发挥着越来越重要的作用,PLC依然担负着重要角色,构成了系统复杂、完整的控制系统。在分析和排除故障时,要从整个控制系统的角度全面考虑各种影响因素,全面深入分析不同故障,适时采用PLC控制系统的自诊断功能,充分发挥编程软件的在线监控功能,准确把握故障发生方向,汇总诊断信息,科学、合理地分析、处理故障,降低维修成本,快速排除故障,恢复正常工作,提高生产效率,使系统设备平稳运行。

责任编辑:杨培
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