PLC系統(tǒng)故障診斷與排除

第16章

PLC系統(tǒng)故障診斷與排除

內容提要

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1PLC系統(tǒng)故障診斷與排除

PLC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%；輸出設備故障占30%；輸入設備故障占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造成的。PLC自身具有故障診斷的功能，這在用戶學習PLC應用時就應該牢固掌握。但其診斷功能和故障顯示的內容必竟有限。其次是有些PLC“用戶手冊”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）。當然這些資料也是極為重要的，應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。2PLC系統(tǒng)故障診斷與排除圖16.1

故障總體檢修流程圖

3PLC系統(tǒng)故障診斷與排除圖16.2故障檢查步驟框圖

4PLC系統(tǒng)故障診斷與排除

16.1PLC常見故障種類及診斷方法16.1.1PLC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，擴展單元異常報警而停機程序不執(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，完全不動作擴展單元不動作只有特定的輸入/輸出不動作，全部不動作PROM不能運轉沒有接通PROM，出現(xiàn)錯誤表16.1PLC故障現(xiàn)象的分類及故障原因5PLC系統(tǒng)故障診斷與排除16.1.2故障診斷要點1．CPU異常CPU異常報警時，應檢查CPU單元連接于內部總線上的所有器件。2．存儲器異常存儲器異常報警時，如果是程序存儲器的問題，重新編程后故障現(xiàn)象會反復出現(xiàn)。這種情況可能是噪聲的干擾引起程序的變化。否則，應更換存儲器。3．輸入/輸出異常、擴展單元異常發(fā)生這類報警時，應首先檢查輸入/輸出單元和擴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。6PLC系統(tǒng)故障診斷與排除4．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，或用寫入器構成的輸入監(jiān)視器檢查。當輸入LED不亮時，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LED是亮的而內部監(jiān)視器無顯示時，則可認為是輸入單元、CPU單元或擴展單元的故障。（2）程序執(zhí)行檢查是通過寫入器上的監(jiān)視器檢查。當梯形圖的接點狀態(tài)與結果不一致時，則是程序錯誤（例如內部繼電器雙重使用等），或是PLC內部的運算部分出現(xiàn)故障。（3）輸出檢查可用輸出LED指示燈識別。當運算結果正確而輸出LED指示錯誤時，則可認為是CPU單元、I/O接口單元的故障。當輸出LED是亮的而無輸出，則可判斷是輸出單元故障，或是外部負載系統(tǒng)出現(xiàn)了故障。7PLC系統(tǒng)故障診斷與排除

5．部分程序不執(zhí)行當部分程序不執(zhí)行時，檢查方法與4項相同。6．電源短時掉電，程序內容消失當電源短時掉電，程序內容會消失，這時除了檢查電池，還要進行下述檢查：（1）通過反復通斷PLC本身電源來檢查。為使微處理器正確啟動，PLC中設有初始復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生的強噪聲所致。

8PLC系統(tǒng)故障診斷與排除

7．PROM不能運轉當PROM不能運轉時，先檢查PROM插入是否良好，然后確定是否需要更換芯片。8．電源重新投入或復位后，動作停止這種故障可認為是噪聲干擾或PLC內部接觸不良所致。噪聲原因將在后續(xù)內容中討論，對結構原因則可通過輕輕敲PLC機體進行檢查。還要檢查一下電纜和連接器的插入狀態(tài)。

9PLC系統(tǒng)故障診斷與排除

16.1.3PLC常見故障及診斷方法1．PLC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備故障的類型。

圖16.3CPM1A面板示意圖

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2．PLC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。（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→輸入的順序逐一進行。

11PLC系統(tǒng)故障診斷與排除圖16.4PLC故障檢查總流程圖

12PLC系統(tǒng)故障診斷與排除圖16.5電源故障檢查流程圖

13PLC系統(tǒng)故障診斷與排除圖16.6運行故障檢查流程圖

14PLC系統(tǒng)故障診斷與排除圖16.7輸入故障檢查流程圖

15PLC系統(tǒng)故障診斷與排除圖16.8輸出故障檢查流程圖

16.1.4鋰電池維護鋰電池放電壽命約5年左右。當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完成，只有這樣，PLC內部的用戶程序才不會丟失。

16PLC系統(tǒng)故障診斷與排除

16.2PLC的硬件故障診斷與排除

16.2.1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)境關系很大，當系統(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。1．PLC的硬件故障診斷這里以PLC硬件故障為中心，按硬件結構分出故障種類，指出故障現(xiàn)象并分析故障產生的原因見表16.2。

17PLC系統(tǒng)故障診斷與排除故障部位故障現(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備誤動作，存儲器不良故障，外部設備無操作，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生過電壓CPU、I/O單元內部器件故障，產生過電流。金屬屑落入，引起短路。電源單元內的穩(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。擴展單元、擴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，輸入信號設備的輸出配線故障

表16.2PLC硬件故障診斷表18PLC系統(tǒng)故障診斷與排除故障部位故障現(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生故障，因負載側產生的滲漏、噪聲容易引起過電壓。負載的過電流、短路引起；反復的沖擊電流會導致熔絲疲勞。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。擴展電纜、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展機架、單元不動作擴展電纜、連接器接觸不良或短路。印刷電路板接觸不良、短路。機架或單元用設定開關接觸不良、設定錯誤。CPU故障。擴展側的電源故障

續(xù)表19PLC系統(tǒng)故障診斷與排除

2．PLC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，在切斷電源和復位之前，必須識別下述兩點：①機械動作狀態(tài)。向運行人員了解機械部件的運行情況。②觀察PLC顯示內容。觀察電源、RUN、輸入輸出指示燈，檢查PLC自診斷結果的顯示內容。（2）異常狀態(tài)的識別。為了識別異常狀態(tài)如何變化?？梢詫㈤_關從“RUN”位置切換至“STOP”位置，經短暫復位再切換至“RUN”位置開關或保持在“RUN”位置不變，切除PLC電源后再投入運行。經過上述操作后，如果PLC返回初始狀態(tài)并能正常運轉，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)性和重復性。其判斷方法是切斷后再接通PLC電源或復位操作，通過幾次重復試驗都發(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。20PLC系統(tǒng)故障診斷與排除

（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，在切斷電源和復位之前，必須識別下述兩點：①機械動作狀態(tài)。向運行人員了解機械部件的運行情況。②觀察PLC顯示內容。觀察電源、RUN、輸入輸出指示燈，檢查PLC自診斷結果的顯示內容。（2）異常狀態(tài)的識別。為了識別異常狀態(tài)如何變化?？梢詫㈤_關從“RUN”位置切換至“STOP”位置，經短暫復位再切換至“RUN”位置開關或保持在“RUN”位置不變，切除PLC電源后再投入運行。經過上述操作后，如果PLC返回初始狀態(tài)并能正常運轉，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。21PLC系統(tǒng)故障診斷與排除（3）判斷是否硬件故障。PLC硬件故障具有持續(xù)性和重復性。其判斷方法是切斷后再接通PLC電源或復位操作，通過幾次重復試驗都發(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：①檢查輸入/輸出設備狀態(tài)。安裝不當、調整不良，行程開關等的觸點接觸不良，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。22PLC系統(tǒng)故障診斷與排除②檢查配線。輸入/輸出配線有可能斷路、短路、接地，也可能與其他導線相碰等。以上兩種情況的故障是斷續(xù)性的，容易查找。③噪聲、浪涌。在特定機械運轉或與其他設備同步運轉過程中出現(xiàn)的故障，應在PLC外部或PLC側采取抗干擾措施。④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之外生產設備的工作狀態(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。另外故障現(xiàn)象也會與其他生產設備和特定狀態(tài)同步發(fā)生。

23PLC系統(tǒng)故障診斷與排除16.2.2CPU單元的故障診斷與排除1．PLC的內部結構如圖16.9所示為PLC的一般內部結構。2．故障原因及處理方法CPU的故障原因分為外部原因和內部原因。（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，程序設計錯誤，使用操作錯誤等。（2）內部故障原因。如表16.3所示為CPU故障的內部原因診斷。

24PLC系統(tǒng)故障診斷與排除圖16.9PLC內部結構圖

25PLC系統(tǒng)故障診斷與排除表16.3CPU故障的內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；接于內部總線上的器件故障（指對內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)行影響到內部總線信號時，會引起CPU故障。更換運算部分存儲器故障程序存儲器和內部繼電器故障時。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寫入接口故障程序不能寫入。不能監(jiān)視影響到內部總線信號時，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26PLC系統(tǒng)故障診斷與排除16.2.3I/O單元的故障診斷與排除1．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，半導體器件的時效變化，噪聲源、感應源的影響，輸入單元電氣規(guī)格選擇不當?shù)?。輸入單元故障及維修方法如表16.4所示。

表16.4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斷輸入回路不良更換單元27PLC系統(tǒng)故障診斷與排除故障現(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

輸入配線斷線更換輸入配線

外部輸入的接通時間過短調整輸入器件

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28PLC系統(tǒng)故障診斷與排除2．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16.5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載電源加電源負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使用修改程序輸出回路不良更換單元29PLC系統(tǒng)故障診斷與排除故障現(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，致使輸出不能關斷更換負載或加泄漏電阻特定編號繼電器的輸出不關斷（動作指示燈亮）程序OUT指令的繼電器編號重復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30PLC系統(tǒng)故障診斷與排除16.2.4PLC的噪聲故障1．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：噪聲源及其強度；耦合媒體及其耦合強度；受噪體的抗噪性?？捎霉奖磉_：

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。減小分子就是要設法減小噪聲源的強度和耦合強度，當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31PLC系統(tǒng)故障診斷與排除（1）噪聲源。在工業(yè)現(xiàn)場產生噪聲因素很多，例如，繼電器觸點和開關在放電，繼電器線圈和電磁鐵線圈斷電時產生的浪涌電壓，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16.6典型噪聲源分類內

容

例

子放電噪聲由放電現(xiàn)象產生的噪聲：觸點間的電弧放電；靜電產生的火花放電；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；感性負載斷開時產生的浪涌電流；電力線路開閉時的操作過電壓；感應雷無用信號其他設備上的有用信號，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生的共阻噪聲32PLC系統(tǒng)故障診斷與排除

（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或靜電感應、導線等作為耦合媒體侵入PLC，如表16.7所示。

表16.7噪聲耦合媒體媒體內

容導線通過導線傳播侵入PLC空間輻射，放射電磁場產生的干擾靜電電容，導線間的寄生電容產生的干擾電磁感應，導線間的互感產生的干擾33PLC系統(tǒng)故障診斷與排除