ＰＬＣ控制系統的應用與故障診斷及維護

摘 要： 本文闡述了PLC控制系統的應用和故障診斷與維護方法，說明了PLC控制系統在各行各業的重要性，并對常用的故障診斷方法和維護進行了探討。

關鍵詞： PLC控制系統 應用 故障診斷 維護

一、概述

PLC（可編程控制器）技術已廣泛應用于各控制領域，尤其是在工業生產過程控制中，它具有其它控制器無可比擬的優點：可靠性高、抗干擾能力強，在惡劣的生產環境里，仍然可以十分正常地工作。PLC的故障發生率非常低，但以PLC為核心的PLC控制系統，其外部元器件（如傳感器和執行器）、外部輸入信號和軟件本身卻都很可能發生故障，從而使整個系統發生故障，有時還會燒壞PLC，使整個系統癱瘓，造成極大的經濟損失，甚至危及人的生命安全。

二、PLC控制系統的應用

多年來，PLC從其產生到現在，實現了接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現了邏輯控制到數字控制的進步；其應用領域從小到大，實現了單體設備簡單控制到勝任運動控制、過程控制及集散控制等各種任務的跨越。今天的PLC在處理模擬量、數字運算、人機接口和網絡的各方面能力都已大幅提高，成為工業控制領域的主流控制設備，在各行各業發揮著越來越大的作用。

目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，使用情況主要分為如下幾類：

1.開關量邏輯控制

取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，又可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。

2.工業過程控制

在工業生產過程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續變化的量（即模擬量），PLC采用相應的A/D和D/A轉換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的一種調節方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。

3.運動控制

PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。

4.數據處理

PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。數據處理一般用于如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。

5.通信及聯網

PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著工廠自動化網絡的發展，現在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

三、PLC控制系統故障診斷

1.PLC控制系統故障診斷技術的基本原理

PLC控制系統故障診斷技術的基本原理是利用PLC的邏輯或運算功能，把連續獲得的被控過程的各種狀態不斷地與所存儲的理想（或正確）狀態進行比較，發現它們之間的差異，并檢查差異是否在所允許的范圍內（包括時間范圍和數值范圍）。若差異超出了該范圍，則按事先設定的方式對該差異進行譯碼，最后以簡單的、或較完善的方式給出故障信息報警。

2.PLC控制系統的故障類型

PLC本身因為故障可能性極小，系統的故障主要來自外圍的元部件，所以它的故障可分為如下幾種：

（1）輸入故障，即操作人員的操作失誤。

（2）傳感器故障。

（3）執行器故障。

（4）PLC軟件故障。

這些故障都可以用合適的故障診斷方法進行分析和用軟件進行實時監測，對故障進行預報和處理。

3.PLC控制系統的故障診斷方法

（1）宏觀診斷

故障的宏觀診斷就是根據經驗，參照發生故障的環境和現象來確定故障的部位和原因。

（2）故障自診斷

故障自診斷是系統可維修性設計的重要方面，是提高系統可靠性必須考慮的重要問題。自診斷主要采用軟件方法判斷故障部分和原因。

（3）總體診斷

根據總體檢查流程圖找出故障點的大方向，逐漸細化，以找出具體故障。

（4）電源故障診斷

電源燈不亮，需對供電系統進行診斷。如果電源燈不亮，首先檢查是否有電。如果有電，則下一步就檢查電源電壓是否合適，不合適就調整電壓。若電源電壓合適，則下一步就是檢查熔絲是否燒壞。如果燒壞就更換熔絲檢查電源；如果沒有燒壞，下一步就是檢查接線是否有誤。若接線無誤，則應更換電源部件。

（5）運行故障診斷

電源正常，運行指示燈不亮，說明系統已因某種異常而終止了正常運行。

（6）輸入輸出故障診斷

輸入輸出是PLC與外部設備進行信息交流的通道，其是否正常工作，除了和輸入輸出單元有關外，還與聯接配線、接線端子、保險絲等元件狀態有關。

出現輸入故障時，首先檢查LED電源指示器是否響應現場元件（如按鈕、行程開關等）。如果輸入器件被激勵（即現場元件已動作），而指示器不亮，則下一步就應檢查輸入端子的端電壓是否達到正確的電壓值。若電壓值正確，則可替換輸入模塊。若一個LED邏輯指示器變暗，而且根據編程器件監視器、處理器未識別輸入，則輸入模塊可能存在故障。

出現輸出故障時，我們首先應察看輸出設備是否響應LED狀態指示器。若輸出觸點通電，模塊指示器變亮，輸出設備不響應，那么首先應檢查保險絲或替換模塊。若保險絲完好，替換的模塊未能解決問題，則應檢查現場接線。

（7）指示診斷

LED狀態指示器能提供許多關于現場設備、連接和I/O模塊的信息。大部分輸入/輸出模塊至少有一個指示器。輸入模塊常設電源指示器，輸出模塊則常設一個邏輯指示器。

對于輸入模塊，電源LED顯示表明輸入設備處于受激勵狀態，模塊中有一信號存在。該指示器單獨使用不能表明模塊的故障。邏輯LED顯示表明輸入信號已被輸入電路的邏輯部分識別。如果邏輯和電源指示器不能同時顯示，則表明模塊不能正確地將輸入信號傳遞給處理器。輸出模塊的邏輯指示器顯示時，表明模塊的邏輯電路已識別出從處理器來的命令并接通。除了邏輯指示器外，一些輸出模塊還有一只保險絲熔斷指示器或電源指示器，或二者兼有。保險絲熔斷指示器只表明輸出電路中的保護性保險絲的狀態；輸出電源指示器顯示時，表明電源已加在負載上。輸入模塊的電源指示器和邏輯指示器一樣，如果不能同時顯示，表明輸出模塊就有故障了。

四、PLC控制系統的維護

1.日常維護

PLC的日常維護和保養比較簡單，主要是更換保險絲和鋰電池，基本沒有其它易損元器件。由于存放用戶程序的隨機存儲器（RAM）、計數器和具有保持功能的輔助繼電器等均用鋰電池保護，鋰電池的壽命大約為5年，當鋰電池的電壓逐漸降低到一定程度時，PLC基本單元上電池電壓跌落到指示燈亮，提示用戶注意有鋰電池所支持的程序還可保留一周左右，這段時間內必須更換電池，這是日常維護的主要內容。

2.I/O模塊的更換

若需替換一個模塊，用戶應確認被安裝的模塊是同類型。有些I/O系統允許帶電更換模塊，而有些則需切斷電源。若替換后可解決問題，但在一相對較短時間后又發生故障，那么用戶應檢查能產生電壓的感性負載，也許需要從外部抑制其電流尖峰。如果保險絲在更換后易被燒斷，則有可能是模塊的輸出電流超限，或輸出設備被短路。

隨著PLC應用領域的不斷拓寬，如何高效可靠地使用PLC也成為其發展的重要因素。21世紀，PLC會有更大的發展，產品的品種會更豐富、規格更齊全，通過完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業控制場合的需求，PLC作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在工業控制領域發揮越來越大的作用。

參考文獻：

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