PLC過程控制故障分析與排除

賈仟偉，吳 偉

（1.日照職業(yè)技術(shù)學院，山東 日照 276826；2.新汶礦業(yè)集團有限責任公司，山東 新泰 271219）

一、PLC故障特點

PLC控制系統(tǒng)故障是指其失去了規(guī)定功能，一般指整個生產(chǎn)控制系統(tǒng)失效的總和，它又可分為PLC故障和現(xiàn)場生產(chǎn)控制設備故障兩部分。PLC系統(tǒng)包括中央處理器、主機箱、擴展機箱、I／O模塊及相關(guān)的網(wǎng)絡和外部設備。現(xiàn)場生產(chǎn)控制設備包括端口和現(xiàn)場控制檢測設備，如繼電器、接觸器、閥門、電動機等。

大多數(shù)有關(guān)PLC的故障是外圍接口信號故障，所以在維修時，只要PLC有些部分控制的動作正常，都不應該懷疑PLC程序。如果通過診斷確認運算程序有輸出，而PLC的物理接口沒有輸出，則為硬件接口電路故障。另外硬件故障多于軟件故障，大多是由外部信號不滿足或執(zhí)行元件故障引起，而不是PLC系統(tǒng)的問題。

二、PLC故障分析及排除方法

為了便于故障的及時解決，首先要區(qū)分故障是全局性還是局部性的，如上位機顯示多處控制元件工作不正常，提示很多報警信息，這就需要檢查CPU模塊、存儲器模塊、通信模塊及電源等公共部分。如果是局部性故障可從以下幾方面進行分析。

1.根據(jù)上位機的報警信息查找故障。PLC控制系統(tǒng)都具有豐富的自診斷功能，當系統(tǒng)發(fā)生故障時立即給出報警信息，可以迅速、準確地查明原因并確定故障部位，具有事半功倍的效果，是維修人員排除故障的基本手段和方法。

2.根據(jù)動作順序診斷故障。對于自動控制，其動作都是按照一定的順序來完成的，通過觀察系統(tǒng)的運動過程，比較故障和正常時的情況，即可發(fā)現(xiàn)疑點，診斷出故障原因。如某水泵需要前后閥門都要打開才能開啟，如果管路不通水泵是不能啟動的。

3.根據(jù)PLC輸入輸出口狀態(tài)診斷故障。在PLC控制系統(tǒng)中，輸入輸出信號的傳遞是通過PLC的I/O模塊實現(xiàn)的，因此一些故障會在PLC的I/O接口通道上反映出來，這個特點為故障診斷提供了方便。如果不是PLC系統(tǒng)本身的硬件故障，可不必查看程序和有關(guān)電路圖，通過查詢PLC的I/O接口狀態(tài)，即可找出故障原因。因此要熟悉控制對象的PLC的I/O通常狀態(tài)和故障狀態(tài)。

4.通過PLC程序診斷故障。PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)的絕大部分故障都是通過PLC程序檢查出來的。有些故障可在屏幕上直接顯示出報警原因；有些雖然在屏幕上有報警信息，但并沒有直接反映出報警的原因；還有些故障不產(chǎn)生報警信息，只是有些動作不執(zhí)行。遇到后兩種情況，跟蹤PLC程序的運行是確診故障的有效方法。對于簡單故障可根據(jù)程序通過PLC的狀態(tài)顯示信息，監(jiān)視相關(guān)輸人、輸出及標志位的狀態(tài)，跟蹤程序的運行，而復雜的故障必須使用編程器來跟蹤程序的運行。如某水泵不工作，檢查發(fā)現(xiàn)對應的PLC輸出端口為0，于是通過查看程序發(fā)現(xiàn)熱水泵還受到水溫的控制，水溫不夠PLC就沒有輸出，把水溫升高后故障排除。

當然，上述方法只是給出了故障解決的切入點，產(chǎn)生故障的原因很多，所以單純依靠某種方法是不能實現(xiàn)故障檢測的，需要多種方法結(jié)合，配合電路、機械等部分綜合分析。

三、典型故障分析實例

實例1：故障現(xiàn)象是供熱系統(tǒng)正常運行過程中，突然警報聲響，上位機監(jiān)控界面提示“MCC故障”。

根據(jù)上位機的報警信息，MCC表示電機控制盤。結(jié)合電路圖，發(fā)現(xiàn)所有電機的空氣開關(guān)輔助常開觸點都是串聯(lián)起來再連接到PLC的輸入點，開關(guān)合上后，觸點閉合，任何一個觸點斷開，都會提示“MCC故障”，所以分析是電機控制部分出現(xiàn)了問題。為了確定具體是哪個電機出現(xiàn)了問題，先從配電室進行查找，每個電氣柜的外面都有黃色指示燈，從電路圖發(fā)現(xiàn)，指示燈是由這個盤的所有空氣開關(guān)的輔助常閉觸點并聯(lián)后控制的，任何一個觸點接通后，都會使該燈亮。據(jù)此找到黃色指示燈亮的電氣柜，打開后發(fā)現(xiàn)是1號排水泵電機空氣開關(guān)跳閘，合上運行又立即跳閘，判斷是電機過載或有短路現(xiàn)象。現(xiàn)場用搖表檢測電機線圈正常，手搖電機旋轉(zhuǎn)，聽到有機械摩擦的聲音，打開水泵后發(fā)現(xiàn)是固定葉輪的螺母脫落，造成電流過大，導致跳閘，把螺母緊固后故障排除。

實例2：故障現(xiàn)象是供熱系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)閥能正常打開，無論手動和自動均無問題，但關(guān)閉后一直紅綠閃爍，導致出現(xiàn)報警，但并未對生產(chǎn)造成影響。

通過上位機監(jiān)控和現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)該閥門能夠正常打開和關(guān)閉，所以可以排除機械問題。通過分析電路發(fā)現(xiàn)，與該閥門相關(guān)的只有其自帶的限位開關(guān)與PLC連接，所以可以初步判斷故障在限位開關(guān)或PLC上。由于該閥門位置較高，檢查較困難，不便檢查限位開關(guān)。經(jīng)過仔細觀察PLC的I/O接口狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)閥門打開后接口指示燈亮，關(guān)閉后指示燈滅，即正好與閥門的開關(guān)狀態(tài)相對應。為此得出結(jié)論，問題出在閥門的反饋開關(guān)上，該閥門是個調(diào)節(jié)閥，應該反饋閥門的關(guān)閉信號，即關(guān)閉后應該反饋+24V信號，打開后反饋0V，而現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)反饋線接到了常開觸點上，導致閥門關(guān)閉后沒有信號反饋，屏幕顯示紅綠閃爍。由于PLC程序只用到閥門的關(guān)閉信號，所以閥門打開后程序并不認為反饋出錯，閥門打開顯示是正常的，把反饋線接到常閉觸點上后故障排除。