淺談PLC自控系統(tǒng)故障排除的思路和方法

鄭賢瀛

摘? 要： PLC的應(yīng)用越來越廣泛，其故障成為影響設(shè)備正常工作的主要原因。文章從PLC故障的概念出發(fā)，理論結(jié)合實(shí)際，探討和總結(jié)了排除PLC故障的思路和方法。提出可以利用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器編制軟件的方法來提示故障，使PLC更好地完成對(duì)設(shè)備的控制。

關(guān)鍵詞： PLC; 故障排除; 方法; 思路

中圖分類號(hào)：G640? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2019）12-71-03

Discussion on the thoughts and methods of PLC automatic control system troubleshooting

Zheng Xianying

（DaLian Vocational & Technical College， Dalian， Liaoning 116033， China）

Abstract： The application of PLC is more and more extensive， and its failure has become the main reason that affects the normal operation of the equipment. Starting from the concept of PLC fault and combining theory with practice， this paper discusses and summarizes the thoughts and methods of PLC automatic control system troubleshooting， and proposes that the data memory can be used to program software to prompt the faults， so that PLC can better realize the control of equipment.

Key words： PLC; troubleshooting; method; thought

0 引言

可編程控制器是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的一種工業(yè)的計(jì)算機(jī)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、汽車、紡織等現(xiàn)代工業(yè)[1]。PLC控制系統(tǒng)的故障分為PLC故障和PLC外圍線路故障。PLC故障是指PLC自身出現(xiàn)的主板損壞、內(nèi)部元件老化、CPU出錯(cuò)及用戶程序錯(cuò)誤等故障。PLC外圍故障是指PLC和實(shí)際控制過程直接相連的外圍線路故障，例如輸入信號(hào)的斷線，輸出負(fù)載線路故障等[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行后出現(xiàn)的電氣故障，80%為PLC硬件故障。目前PLC的種類較多，但是其排除故障的方法類似，下面我們以某種型號(hào)的PLC為例，對(duì)PLC控制系統(tǒng)故障排除的基本方法和思路進(jìn)行探討。

1 PLC故障排除的基本方法

PLC故障排除的基本方法為直觀檢測法、程序監(jiān)控法、替換法、工具測量法等。

直觀檢查法是觀察PLC的狀態(tài)指示燈。不論何種PLC，在其主體上都會(huì)有發(fā)光二極管指示燈（圖1），這些指示燈帶有自診斷功能。PLC指示燈主要有I/O指示燈和工作狀態(tài)指示燈。通過觀察指示燈，直接判斷出故障。例如當(dāng)ERROR指示燈為紅色閃爍時(shí)，代表編程出錯(cuò);為紅色常亮?xí)r，代表PLC的CPU出錯(cuò)。I/O狀態(tài)指示燈可用于檢測輸入輸出是否正常。當(dāng)輸入信號(hào)來臨，相對(duì)應(yīng)的指示燈亮，如果指示燈沒有顯示，說明輸入信號(hào)斷開或者故障。同理，當(dāng)輸出信號(hào)來臨時(shí)，輸出的狀態(tài)指示燈亮。

替換法就是用好的元件去替換可能有故障的部件，通過判斷故障現(xiàn)象來確定元件是否損壞的一種方法[3]。儀器測量法就是用萬用表等檢測工具測量外部線路是否斷開來判斷故障的一種方法。程序監(jiān)控法就是利用編程器來監(jiān)控PLC工作的狀態(tài)，以判斷故障的一種方法。編程軟件可以監(jiān)控輸入輸出的變化。藍(lán)色的代表導(dǎo)通狀態(tài)（圖2），否則為不導(dǎo)通。可以根據(jù)控制要求監(jiān)控程序，查找是外圍線路故障還是PLC軟件故障。

2 PLC控制系統(tǒng)故障排除的基本步驟

⑴ 判斷是PLC是否正常，正常工作時(shí)，PLC的power和RUN狀態(tài)指示燈應(yīng)為常亮且為綠色，其余燈不亮;

⑵ 對(duì)有多個(gè)機(jī)架的PLC，要判斷其通訊是否正常;

⑶ 根據(jù)故障現(xiàn)象，確定輸出寄存器的地址號(hào);

⑷ 判斷輸出信號(hào)是否正常;

⑸ 判斷輸入信號(hào)是否正常;

⑹ 判斷用戶程序是否正確;

⑺ 如果輸入輸出正常，PLC也處于運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備工作不正常，應(yīng)檢查是否有干擾現(xiàn)象以及接地是否正常。圖3是PLC的外圍線路故障檢測的流程圖。

3 PLC外圍故障排除的實(shí)例

不論多么復(fù)雜的由PLC控制的設(shè)備，當(dāng)出現(xiàn)電氣故障時(shí)，排除故障的步驟都遵循一看，二測，三監(jiān)控的規(guī)則。一看是指觀看PLC的狀態(tài)指示燈;二測是指利用萬用表測量外部線路故障;三監(jiān)控是利用PLC的軟件，監(jiān)控程序及輸入/輸出是否正常。故障排除時(shí)應(yīng)先看狀態(tài)指示和監(jiān)控，判斷是程序還是外圍線路故障，然后再使用萬用表進(jìn)行外圍線路的故障查找。本文通過一個(gè)簡單的示例來闡述PLC故障排除的思路和方法。

這是兩個(gè)按鈕控制兩盞燈的案例（圖4），故障現(xiàn)象是按下任何一個(gè)啟動(dòng)按鈕，HL1和HL2都不亮。首先檢測PLC是否正常，觀察PLC的工作狀態(tài)指示燈（圖5），RUN燈不亮，說明PLC沒有處于工作狀態(tài)，此故障產(chǎn)生的原因主要有：人為的撥動(dòng)硬件開關(guān)使其處于STOP狀態(tài)沒有復(fù)位，或者程序傳送結(jié)束，由于某種原因PLC沒有自動(dòng)復(fù)位?？梢岳密浖蛘咦陨淼挠布_關(guān)將PLC處于RUN狀態(tài)，當(dāng)RUN燈變?yōu)榫G色，說明正常。然后按下按鈕SB1，觀察輸出狀態(tài)指示燈Y0是否正常（圖6），Y0正常說明SB1和燈1的PLC程序正確，故障出現(xiàn)在外圍線路，即5，6，3號(hào)線和HL1線路故障（圖4）。使用萬用表電阻檔測量電阻值即可判斷出線路的故障點(diǎn)，故障為3號(hào)線斷開。HL1的故障排除后，再排除HL2燈故障，按下SB2按鈕，觀察Y1，I/O信號(hào)燈Y1不正常，通過軟件監(jiān)控哪個(gè)輸入條件沒有接通（X2不正常），或者觀察X2指示燈（圖6），說明輸入線路0，2，號(hào)線、SB2按鈕故障，利用萬用表測量故障點(diǎn)進(jìn)行排查（SB2損壞）。故障排除后再次按下按鈕SB2，觀察狀態(tài)指示燈（圖7）Y1不正常，X2正常，說明程序出現(xiàn)問題，在監(jiān)控下查看程序（圖8），X2控制的是Y5，而圖4中HL2連接的是Y1，說明程序和實(shí)際連線不符，修改后，Y1信號(hào)燈正常。

再次按下SB2按鈕，輸入（X2）和輸出信號(hào)燈（Y1）正常，而HL2燈不亮，用萬用表測試4、5、6號(hào)線正常，說明HL2燈有問題，可以使用萬用表測試或者使用交換法，用HL1代替HL2判斷HL2燈是否損壞。

4 PLC故障原因及排除方法

PLC已經(jīng)過近50年的發(fā)展，其主板損壞的幾率非常小，PLC常出現(xiàn)的故障主要有以下幾種。

⑴ error燈閃爍

一般是程序的編程語言錯(cuò)誤，不符合此機(jī)型的要求，例如三菱FX系列PLC，在使用SFC功能時(shí)，輸出不允許直接出現(xiàn)堆棧指令，如果出現(xiàn)，在程序傳送后，會(huì)出現(xiàn)ERROR燈閃爍。

⑵ PLC處于RUN狀態(tài)下，程序不運(yùn)行

監(jiān)控程序會(huì)發(fā)現(xiàn)輸入信號(hào)接通，但是輸出不動(dòng)作。原因是程序出現(xiàn)雙線圈輸出（PLC的循環(huán)掃描的工作方式下，只認(rèn)為最后一個(gè)輸出有效），程序里編輯了此機(jī)型不能識(shí)別的指令，例如三菱機(jī)型，如果對(duì)C200計(jì)數(shù)器進(jìn)行傳送、比較等，需要使用32位功能指令，如果使用16位功能指令將出現(xiàn)程序直接導(dǎo)通，不執(zhí)行。頻繁的傳送SFC語言，也會(huì)出現(xiàn)程序不運(yùn)行的情況，將EPPROM全清（包括注釋、程序、參數(shù)）后，重新輸入程序即可排除。

⑶ PLC工作出現(xiàn)不穩(wěn)定

主要原因?yàn)槌霈F(xiàn)干擾信號(hào)、接地不良、電纜電線等連接不牢靠，例如有些自控設(shè)備旁邊有高頻信號(hào)，會(huì)造成PLC工作異常[4]。

⑷ 編程器和PLC通訊異常

編程器和PLC連接不正常主要查看通訊電纜是否匹配，通訊端口選擇是否正確（通過電腦中的硬件設(shè)備管理器查看COM端口），波特率設(shè)置是否正常（翻看此型號(hào)的PLC的說明手冊(cè)）。

⑸ PLC輸出觸點(diǎn)損壞

這是由于感性輸出的負(fù)載沒有加二極管續(xù)流保護(hù)、二極管方向不正確，PLC輸出負(fù)載的電流大于PLC輸出觸點(diǎn)的最大值。

⑹ PLC用戶程序錯(cuò)誤

主要出現(xiàn)設(shè)計(jì)不周全，互鎖、連鎖不嚴(yán)密，當(dāng)出現(xiàn)非常規(guī)操作時(shí)，不能自動(dòng)停機(jī)。

5 結(jié)論

本文對(duì)PLC常見的故障進(jìn)行了分析，并提出解決問題的方法和思路，直觀檢測法簡單、易于實(shí)現(xiàn)，替換法適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修困難的部件，例如數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)裝置。程序檢測法適用于程序和設(shè)備狀態(tài)的邏輯關(guān)系清晰的場合。對(duì)于較為復(fù)雜的自動(dòng)化設(shè)備，多種方法組合使用才是完善的檢測方法。

由于篇幅有限，對(duì)于使用PLC的內(nèi)部特殊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器查找故障[5]，或者編制程序來提示故障，本文沒有提及，同樣對(duì)于不常見故障的排除方法需要在今后的研究中總結(jié)更多的經(jīng)驗(yàn)?？傊诠收吓懦臅r(shí)候要考慮各方面因素，按照一定的方法，才能快速準(zhǔn)確的判斷故障原因，并加以排除。

本研究由大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院重點(diǎn)研究課題《法蘭盲板自動(dòng)檢測機(jī)控制系統(tǒng)的研發(fā)》（項(xiàng)目號(hào)：DZ2019A-01）資助。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 華滿香，劉小春.電氣控制與PLC應(yīng)用[M]. 北京：人民郵電出版社，2015：117-120

[2] 張永飛，姜秀玲.PLC及其應(yīng)用[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2009.156-161

[3] 鄭曉峰，陳少艾.數(shù)控機(jī)床及其使用和維修[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.135-139

[4] 管旭.可編程控制器原理及應(yīng)用[M]. 大連：大連理工大學(xué)出版社，2018.105-110

[5] 三菱株式會(huì)社.三菱微型可編程控制器編程手冊(cè)（產(chǎn)品手冊(cè)）[K].北京：三菱株式會(huì)社，2001.437-441