PLC系統(tǒng)故障診斷與排除

1、1第第1616章章 PLCPLC系統(tǒng)故障診斷與排除系統(tǒng)故障診斷與排除 內(nèi)容提要內(nèi)容提要PLC故障的分類及診斷（常見故障分類、故障類型及診斷方法）PLC的硬件故障診斷與排除（系統(tǒng)故障、CPU單元故障、I/O單元故障、噪聲故障2PLC的控制系統(tǒng)中的故障分布情況是：CPU單元故障占5%；I/O單元故障占15%；系統(tǒng)布線故障占5%；輸出設(shè)備故障占30%；輸入設(shè)備故障占45%。由此可見，在PLC本身的20%的故障中，大多數(shù)是由惡劣環(huán)境造成的。而80%的故障是用戶使用不當(dāng)造成的。PLC自身具有故障診斷的功能，這在用戶學(xué)習(xí)PLC應(yīng)用時就應(yīng)該牢固掌握。但其診斷功能和故障顯示的內(nèi)容必竟有限。其次是有些PLC“用

2、戶手冊”上給了故障檢查流程圖，例如SYSMAC-C200H的故障總體檢查流程圖（如圖16.1所示）。當(dāng)然這些資料也是極為重要的，應(yīng)該熟悉并深刻理解它。但是，它只不過給出檢查步驟，具體處理起來還會遇到許多現(xiàn)實困難。3圖16.1 故障總體檢修流程圖 4圖16.2故障檢查步驟框圖516.1 PLC常見故障種類及診斷方法常見故障種類及診斷方法 16.1.1 PLC故障現(xiàn)象的分類和診斷步驟故障現(xiàn)象的分類和診斷步驟故障現(xiàn)象的分類及故障原因如表16.1所示。圖16.2所示是故障診斷步驟框圖。故障現(xiàn)象故障分類及原因停機CPU異常報警而停機，存儲器異常報警而停機，輸入輸出異常報警而停機，擴(kuò)展單元異常報警而停機程

3、序不執(zhí)行全部程序不執(zhí)行，部分程序不執(zhí)行，計數(shù)器等誤動作程序內(nèi)容變化長時間停電引起變化，電源ON/OFF操作引起變化，運行中發(fā)生變化輸入/輸出不動作輸入信號沒有讀入CPU，CPU沒有發(fā)出輸出信號寫入器不能操作 沒有按下特定鍵或操作不當(dāng)，完全不動作擴(kuò)展單元不動作 只有特定的輸入/輸出不動作，全部不動作PROM不能運轉(zhuǎn) 沒有接通PROM，出現(xiàn)錯誤表表16.1 PLC故障現(xiàn)象的分類及故障原因故障現(xiàn)象的分類及故障原因616.1.2 故障診斷要點故障診斷要點1CPU異常異常CPU異常報警時，應(yīng)檢查CPU單元連接于內(nèi)部總線上的所有器件。2存儲器異常存儲器異常存儲器異常報警時，如果是程序存儲器的問題，重新編程

4、后故障現(xiàn)象會反復(fù)出現(xiàn)。這種情況可能是噪聲的干擾引起程序的變化。否則，應(yīng)更換存儲器。3輸入輸入/輸出異常、擴(kuò)展單元異常輸出異常、擴(kuò)展單元異常發(fā)生這類報警時，應(yīng)首先檢查輸入/輸出單元和擴(kuò)展單元連接器的插入狀態(tài)、電纜連接狀態(tài)，確定故障發(fā)生在某單元之后，再更換單元。74不執(zhí)行程序不執(zhí)行程序 對于不執(zhí)行程序，一般情況下可依照輸入程序執(zhí)行輸出的步驟進(jìn)行檢查。（1）輸入檢查是利用輸入LED指示燈識別，或用寫入器構(gòu)成的輸入監(jiān)視器檢查。當(dāng)輸入LED不亮?xí)r，可初步確定是外部輸入系統(tǒng)故障，再配合萬用表檢查。如果測出電壓不正常，就可確定是輸入單元故障。當(dāng)LED是亮的而內(nèi)部監(jiān)視器無顯示時，則可認(rèn)為是輸入單元、CPU單元

5、或擴(kuò)展單元的故障。（2）程序執(zhí)行檢查是通過寫入器上的監(jiān)視器檢查。當(dāng)梯形圖的接點狀態(tài)與結(jié)果不一致時，則是程序錯誤（例如內(nèi)部繼電器雙重使用等），或是PLC內(nèi)部的運算部分出現(xiàn)故障。 （3）輸出檢查可用輸出LED指示燈識別。當(dāng)運算結(jié)果正確而輸出LED指示錯誤時，則可認(rèn)為是CPU單元、I/O接口單元的故障。當(dāng)輸出LED是亮的而無輸出，則可判斷是輸出單元故障，或是外部負(fù)載系統(tǒng)出現(xiàn)了故障。 85部分程序不執(zhí)行部分程序不執(zhí)行當(dāng)部分程序不執(zhí)行時，檢查方法與4項相同。6電源短時掉電，程序內(nèi)容消失電源短時掉電，程序內(nèi)容消失當(dāng)電源短時掉電，程序內(nèi)容會消失，這時除了檢查電池，還要進(jìn)行下述檢查：（1）通過反復(fù)通斷PLC本

6、身電源來檢查。為使微處理器正確啟動，PLC中設(shè)有初始復(fù)位電路和電源斷開時的保存程序電路，這種電路發(fā)生故障時，就不能保存程序。所以可用電源的通斷進(jìn)行檢查。（2）如果在更換電池后仍然出現(xiàn)電池異常報警，就可判定是存儲器或是外部回路的漏電流異常增大所致。（3）電源的通斷總是與機械系統(tǒng)同步發(fā)生，這時可檢查機械系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲影響。因為電源的斷開是常與機械系統(tǒng)運行同時發(fā)生的故障，絕大部分是電機或線圈所產(chǎn)生的強噪聲所致。97PROM不能運轉(zhuǎn)不能運轉(zhuǎn)當(dāng)PROM不能運轉(zhuǎn)時，先檢查PROM插入是否良好，然后確定是否需要更換芯片。 8電源重新投入或復(fù)位后，動作停止電源重新投入或復(fù)位后，動作停止這種故障可認(rèn)為是噪聲干擾

7、或PLC內(nèi)部接觸不良所致。噪聲原因?qū)⒃诤罄m(xù)內(nèi)容中討論，對結(jié)構(gòu)原因則可通過輕輕敲PLC機體進(jìn)行檢查。還要檢查一下電纜和連接器的插入狀態(tài)。 1016.1.3 PLC常見故障及診斷方法常見故障及診斷方法 1PLC故障類型的判斷故障類型的判斷 一般PLC的基本單元面板上都有指示發(fā)光二極管，利用它的亮滅可提示用戶設(shè)備故障的類型。圖16.3CPM1A面板示意圖112PLC故障診斷流程圖故障診斷流程圖PLC各種不同故障的基本思路和方法。（1）PLC故障檢查總流程圖如圖16.4所示。（2）電源故障檢查流程圖如圖16.5所示。 （3）運行故障檢查流程圖如圖16.6所示。（4）輸入故障檢查流程圖如圖16.7所示。

8、（5）輸出故障檢查流程圖如圖16.8所示。 綜上所述，根據(jù)PLC控制系統(tǒng)中CPU面板上的指示，先確定故障在哪一模塊上，然后再確定故障的具體部位。檢查的方法是按電源系統(tǒng)運行輸入的順序逐一進(jìn)行。 12圖16.4PLC故障檢查總流程圖13圖16.5電源故障檢查流程圖14圖16.6運行故障檢查流程圖15圖16.7輸入故障檢查流程圖16圖16.8輸出故障檢查流程圖16.1.4 鋰電池維護(hù)鋰電池維護(hù) 鋰電池放電壽命約5年左右。當(dāng)電池的電壓逐漸降低到一定值時，LED指示燈（在基本單元上）便點亮。換電池必須在短時間內(nèi)完成，只有這樣，PLC內(nèi)部的用戶程序才不會丟失。1716.2 PLC的硬件故障診斷與排除的硬件

9、故障診斷與排除 16.2.1 系統(tǒng)硬件故障診斷與排除系統(tǒng)硬件故障診斷與排除 PLC硬件故障與所選用機種及工作環(huán)境關(guān)系很大，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，正確區(qū)分是硬件還是軟件故障是很重要的 。1PLC的硬件故障診斷的硬件故障診斷 這里以PLC硬件故障為中心，按硬件結(jié)構(gòu)分出故障種類，指出故障現(xiàn)象并分析故障產(chǎn)生的原因見表16.2。 18故障部位故障現(xiàn)象故 障 原 因備注CPU單元誤運算噪聲干擾，電源電壓劇烈變化，CPU故障主 要 表 現(xiàn)在 輸出ON/OFF運算滯后CPU故障，存儲器故障，程序語法錯誤，語句過長，噪聲引起的CPU誤動作存儲器單 元程序消失IC-RAM性能不良，IC-RAM插座接觸不良，電池電壓降

10、低，電池接觸不良，寫入錯誤部分程序變化噪聲干擾引起CPU誤動作，噪聲干擾引起外部設(shè)備誤動作，存儲器不良故障，外部設(shè)備無操作，電源異常引起CPU誤動作電源單元過電流造成熔絲熔斷或產(chǎn)生過電壓CPU、I/O單元內(nèi)部器件故障，產(chǎn)生過電流。金屬屑落入，引起短路。電源單元內(nèi)的穩(wěn)壓控制電路故障輸入單元輸入的ON或OFF狀態(tài)保持不變輸入單元的器件故障外部輸入信號線斷線、短路輕 輕 敲 擊PLC，故障有 再 現(xiàn) 性時 可 判 斷為 接 觸 不良所致輸入信號全部不能讀入輸入單元的連接器接觸不良。輸入電源故障或斷線。CPU的輸入器件不良。擴(kuò)展單元、擴(kuò)展機架的連接電纜故障或斷線。COM端子上外部接線脫落輸入信號不穩(wěn)定

11、印刷電路板焊接不良，輸入單元的器件故障，連接器、電纜接觸不良，輸入信號設(shè)備的輸出配線故障表表16.2 16.2 PLCPLC硬件故障診斷表硬件故障診斷表 19故障部位故障現(xiàn)象故 障 原 因備注輸出單元特定的輸出部分無輸出繼電器輸出接點的接觸不良，晶體管、雙向晶閘管輸出截止時產(chǎn)生故障，因負(fù)載側(cè)產(chǎn)生的滲漏、噪聲容易引起過電壓。負(fù)載的過電流、短路引起；反復(fù)的沖擊電流會導(dǎo)致熔絲疲勞。印刷電路板上線路斷裂。輸出寄存器或邏輯電路的器件故障。輸出側(cè)配線斷線、脫線特定輸出一直保持ON狀態(tài)繼電器輸出接點熔焊；晶體管、雙向晶閘管不能截止。輸出寄存器或邏輯電路的器件故障全部無輸出CPU單元上的輸出器件故障。擴(kuò)展電纜

12、、機架故障。輸出單元連接器接觸不良。輸出電源故障、斷線，COM端子上的配線斷線、脫落機架部分全部輸出都不動作或特定的擴(kuò)展機架、單元不動作擴(kuò)展電纜、連接器接觸不良或短路。印刷電路板接觸不良、短路。機架或單元用設(shè)定開關(guān)接觸不良、設(shè)定錯誤。CPU故障。擴(kuò)展側(cè)的電源故障續(xù)表續(xù)表 202PLC故障診斷的基本方法故障診斷的基本方法（1）發(fā)生異常時的識別。發(fā)生故障時，為了迅速查出故障原因并予以及時處理，在切斷電源和復(fù)位之前，必須識別下述兩點：機械動作狀態(tài)。向運行人員了解機械部件的運行情況。觀察PLC顯示內(nèi)容。觀察電源、RUN、輸入輸出指示燈，檢查PLC自診斷結(jié)果的顯示內(nèi)容。（2）異常狀態(tài)的識別。為了識別異常

13、狀態(tài)如何變化?？梢詫㈤_關(guān)從“RUN”位置切換至“STOP”位置，經(jīng)短暫復(fù)位再切換至“RUN”位置開關(guān)或保持在“RUN”位置不變，切除PLC電源后再投入運行。經(jīng)過上述操作后，如果PLC返回初始狀態(tài)并能正常運轉(zhuǎn)，就可判定并不是PLC硬件故障或軟件異常，而是外部原因所致，如噪聲干擾、電源異常等等。（3）判斷是否硬件故障。PLC硬件故障具有持續(xù)性和重復(fù)性。其判斷方法是切斷后再接通PLC電源或復(fù)位操作，通過幾次重復(fù)試驗都發(fā)生了相同的故障，則可判定是PLC本身的硬件故障。經(jīng)過上述操作后，如果故障不能再現(xiàn)，就說明是外部環(huán)境干擾或是瞬時停電所致。21（1）發(fā)生異常時的識別。發(fā)生故障時，為了迅速查出故障原因并予

14、以及時處理，在切斷電源和復(fù)位之前，必須識別下述兩點：機械動作狀態(tài)。向運行人員了解機械部件的運行情況。觀察PLC顯示內(nèi)容。觀察電源、RUN、輸入輸出指示燈，檢查PLC自診斷結(jié)果的顯示內(nèi)容。（2）異常狀態(tài)的識別。為了識別異常狀態(tài)如何變化。可以將開關(guān)從“RUN”位置切換至“STOP”位置，經(jīng)短暫復(fù)位再切換至“RUN”位置開關(guān)或保持在“RUN”位置不變，切除PLC電源后再投入運行。經(jīng)過上述操作后，如果PLC返回初始狀態(tài)并能正常運轉(zhuǎn)，就可判定并不是PLC硬件故障或軟件異常，而是外部原因所致，如噪聲干擾、電源異常等等。22（3）判斷是否硬件故障。PLC硬件故障具有持續(xù)性和重復(fù)性。其判斷方法是切斷后再接通P

15、LC電源或復(fù)位操作，通過幾次重復(fù)試驗都發(fā)生了相同的故障，則可判定是PLC本身的硬件故障。經(jīng)過上述操作后，如果故障不能再現(xiàn)，就說明是外部環(huán)境干擾或是瞬時停電所致。（4）判斷是否程序錯誤。PLC程序錯誤引起的故障具有再現(xiàn)性。（5）判斷是否外部原因。PLC控制系統(tǒng)發(fā)生異常時，一般容易引起懷疑的可能是PLC本身出了問題。主要檢查的項目如下：檢查輸入/輸出設(shè)備狀態(tài)。安裝不當(dāng)、調(diào)整不良，行程開關(guān)等的觸點接觸不良，在運行初期很難發(fā)現(xiàn)，運行一段時間后才能暴露出問題。23檢查配線。輸入/輸出配線有可能斷路、短路、接地，也可能與其他導(dǎo)線相碰等。以上兩種情況的故障是斷續(xù)性的，容易查找。噪聲、浪涌。在特定機械運轉(zhuǎn)或與

16、其他設(shè)備同步運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的故障，應(yīng)在PLC外部或PLC側(cè)采取抗干擾措施。電源異常。電源電壓過高或過低，臨時停電、瞬時停電、供電系統(tǒng)上的噪聲源等。 （6）故障的產(chǎn)生與外部工作同步。判斷噪聲、瞬時停電等外部原因最有效的方法，就是了解PLC之外生產(chǎn)設(shè)備的工作狀態(tài)，分析故障現(xiàn)象是否與外部工作狀態(tài)同步。若故障現(xiàn)象與被控對象的特定狀態(tài)同步發(fā)生，說明該故障與被控對象有關(guān)。另外故障現(xiàn)象也會與其他生產(chǎn)設(shè)備和特定狀態(tài)同步發(fā)生。2416.2.2 CPU單元的故障診斷與排除單元的故障診斷與排除1PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖16.9所示為PLC的一般內(nèi)部結(jié)構(gòu)。2故障原因及處理方法故障原因及處理方法CPU的故障原因分

17、為外部原因和內(nèi)部原因。（1）外部原因有電源電壓波動，電源瞬時停電，電源長時間停電，環(huán)境濕度變化，環(huán)境溫度變化；振動、噪聲沖擊，程序設(shè)計錯誤，使用操作錯誤等。（2）內(nèi)部故障原因。如表16.3所示為CPU故障的內(nèi)部原因診斷。25圖16.9PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖26表表16.3 16.3 CPUCPU故障的內(nèi)部故障診斷處理故障的內(nèi)部故障診斷處理 故障現(xiàn)象故 障 原 因處理方法CPU故障CPU異常報警：微處理器故障；接于內(nèi)部總線上的器件故障（指對內(nèi)部總線有影響的器件）；總線斷路、短路；微處理器的外部回路故障，如振蕩回路、復(fù)位回路等。程序變化更換故障單元運算部分故障指令執(zhí)行錯誤，指令不執(zhí)行影響到內(nèi)部總線信號時

18、，會引起CPU故障。更換運算部分存儲器故障程序存儲器和內(nèi)部繼電器故障時。存儲器芯片耗電異常增大時，電源不能支持造成程序消失更換存儲器或整個CPU單元電池故障電壓降至一定值或無電壓更換程序?qū)懭虢涌诠收铣绦虿荒軐懭?。不能監(jiān)視影響到內(nèi)部總線信號時，會引起CPU故障。更換I/O接口故障輸入信號不能輸入，輸出信號不能輸出更換護(hù)展接口故障輸入信號不能輸入，輸出信號不能輸出更換基本單元上的或擴(kuò)展單元上的接口電源部分故障5V系統(tǒng)本身故障，則PLC整機停止工作，5V以外系統(tǒng)故障，則輸入或輸出不動作，停電檢測回路故障，則在電源斷開時會引起程序存儲器損壞更換2716.2.3 I/O單元的故障診斷與排除單元的故障診斷

19、與排除1輸入單元的故障診斷輸入單元的故障診斷輸入單元故障的主要原因是：工作環(huán)境的影響，半導(dǎo)體器件的時效變化，噪聲源、感應(yīng)源的影響，輸入單元電氣規(guī)格選擇不當(dāng)?shù)?。輸入單元故障及維修方法如表16.4所示。表表16.4 16.4 輸入單元故障及維修輸入單元故障及維修 故障現(xiàn)象故 障 原 因維修方法輸入全部不接通（動作指示燈不亮）外部輸入電源未接通接通電源外部輸入電源電壓過低加額定電源電壓接線端子螺絲松動緊固端子板連接器接觸不良連接線可靠插入端子板、鎖緊，更換端子板連接器輸入回路不良更換單元輸入全部不關(guān)斷輸入回路不良更換單元28故障現(xiàn)象故 障 原 因維修方法特定編號繼電器的輸入不接通輸入器件不良更換輸入

20、配線斷線更換輸入配線外部輸入的接通時間過短調(diào)整輸入器件端子板連接器的接觸不良充分插入、鎖緊或更換端子螺絲松動緊固輸入回路不良更換單元特定編號繼電器的輸入不關(guān)斷程序的OUT指令中誤用了輸入繼電器號修改程序程序的OUT指令中誤用了輸入繼電器號修改程序輸入回路不良更換單元輸入不規(guī)則的ON/OFF動作外部輸入電源電壓過低加額定電源電壓噪聲引起誤動作采取抗噪措施端子螺絲松動緊固端子連接器接觸不良充分插入、鎖緊。更換輸入動作指示燈不亮（動作正常）LED損壞更換單元續(xù)表續(xù)表 292輸出單元的故障診斷輸出單元的故障診斷輸出單元的故障現(xiàn)象、故障原因及處理方法如表16.5所示。表表16.5 16.5 輸出單元故障

21、及維修方法輸出單元故障及維修方法 故障現(xiàn)象故 障 原 因維修方法輸出全部不接通未加負(fù)載電源加電源負(fù)載電源電壓過低加額定電源電壓保險絲熔斷更換保險端子板連接器接觸不良充分插入、鎖緊、更換接線端子螺絲松動緊固輸出回路不良更換單元I/O總線插座接觸不良更換單元輸出全部不關(guān)斷輸出回路不良更換單元特定編號繼電器的輸出不接通（動作指示燈滅）輸出信號接通時間過短修改程序程序中輸出繼電器編號重復(fù)使用修改程序輸出回路不良更換單元30故障現(xiàn)象故 障 原 因維修方法特定編號繼電器的輸出不接通（動作指示燈亮）輸出單元器件不良更換輸出器件端子螺絲松動緊固輸出配線有斷線檢查輸出配線端子連接器的接觸不良充分插入、鎖緊、更換

22、輸出回路不良更換電路輸出繼電器不良更換繼電器特定編號繼電器的輸出不關(guān)斷（動作指示燈滅）輸出繼電器不良更換繼電器存在有漏電流或殘余電壓，致使輸出不能關(guān)斷更換負(fù)載或加泄漏電阻特定編號繼電器的輸出不關(guān)斷（動作指示燈亮）程序OUT指令的繼電器編號重復(fù)使用修改程序輸出回路不良更換單元輸出不規(guī)則的ON/OFF輸出電壓過低加額定電源電壓噪聲引起誤動作采取抗噪措施程序OUT指令的繼電器編號重復(fù)使用修改程序端子螺絲松動緊固端子板連接器的接觸不良充分插入、鎖緊、更換輸出動作指示燈不亮LED壞了更換單元續(xù)表續(xù)表 3116.2.4 PLC的噪聲故障的噪聲故障1噪聲三要素噪聲三要素噪聲強度耦合強度噪聲影響系數(shù)的三個要素

23、：噪聲源及其強度；耦合媒體及其耦合強度；受噪體的抗噪性。可用公式表達(dá)：噪聲影響系數(shù)由此可知，為了減小噪聲影響系數(shù)，可從減小式中的分子和增大分母入手。受噪體就是使用的PLC。減小分子就是要設(shè)法減小噪聲源的強度和耦合強度，當(dāng)然最有效的辦法是消除噪聲源，但有些噪聲源卻無法消除，只能把它減小到一定程度，如電磁線圈。這時就應(yīng)分析噪聲的耦合媒體、傳輸途徑，并采取有效措施防止噪聲侵入，如加裝屏蔽、接入噪聲濾波器等。噪聲強度耦合強度受噪體的抗噪性32 （1）噪聲源。在工業(yè)現(xiàn)場產(chǎn)生噪聲因素很多，例如，繼電器觸點和開關(guān)在放電，繼電器線圈和電磁鐵線圈斷電時產(chǎn)生的浪涌電壓，空中電磁波等，都是噪聲源。另外，如果把電源也

24、看成是一種信號的話，那么電源電壓的波動或瞬停，也可解釋成是一種噪聲源。典型噪聲源如表16.6所示。表表16.6 16.6 典型噪聲源典型噪聲源 分類內(nèi) 容 例 子放電噪聲由放電現(xiàn)象產(chǎn)生的噪聲：觸點間的電弧放電；靜電產(chǎn)生的火花放電；直接雷擊過渡現(xiàn)象噪聲由電壓、電流劇烈變化產(chǎn)生的噪聲：晶閘管的點弧噪聲；電源投入時的沖擊電流；感性負(fù)載斷開時產(chǎn)生的浪涌電流；電力線路開閉時的操作過電壓；感應(yīng)雷無用信號其他設(shè)備上的有用信號，對PLC則是多余無用的信號：無用電波反射噪聲信號線的阻抗失配，反射波接地電流接地電流產(chǎn)生的共阻噪聲33 （2）噪聲侵入途徑、耦合媒體。噪聲侵入PLC的途徑有電源、I/O部、大地和空中。另外，噪聲還會以空中電磁感應(yīng)或靜電感應(yīng)、導(dǎo)線等作為耦合媒體侵入PLC，如表16.7所示。表表16.7 噪聲耦合媒體噪聲耦合媒體媒體內(nèi) 容導(dǎo)線通過導(dǎo)線傳播侵入PLC空間輻射，放射電磁場產(chǎn)生的干擾靜電電容，導(dǎo)線間的寄生電容產(chǎn)生的干擾電磁感應(yīng)，導(dǎo)線間的互感產(chǎn)生的干擾34 2共模噪聲和常模噪聲共模噪聲和常模噪聲（1）共