一例PLC誤動作故障分析

高戰強

（河北力馬燃氣有限公司，河北 石家莊051330）

0 引言

隨著自動化程度的不斷提高，PLC在工業領域得到了廣泛應用，極大地促進了工業發展。但PLC在各大工廠也發生了一些棘手的故障問題，令維修人員難以招架。最近，河北力馬燃氣有限公司就發生了一起控制電纜分布電容引起的PLC故障。

1 故障現象

我廠備煤皮帶系統由PLC控制。近日來，常出現皮帶自動運行時瞬間誤報警停車現象。停車時，后臺監控系統會瞬間顯示拉線動作、跑偏或撕裂，經實地檢查無任何故障；報警閃過正常后，立即啟動，設備能夠運轉，但運行一段時間后，會重復上述現象。

2 故障分析

我們對線路進行了認真檢查，絕緣良好，無短路、斷路、接觸不良現象，系統接地也良好。鑒于此，故障原因應從PLC輸出回路、PLC本身及PLC輸入回路3個部位分段進行分析。

2.1 故障在線路中的位置

假設PLC輸出回路故障，系統停車是毫無疑問的，但監控系統在程序中直接使用PLC輸入點信號，在故障檢測點未動作的情況下，后臺系統不應顯示報警信息，由此斷定故障不在輸出回路。我們調取了程序，并在線檢測，沒有發現異常。然后，通過元器件替代法，更換了CPU和輸入模塊，也沒有解決問題。最后通過排除法，判斷出故障應在PLC輸入回路中。

2.2 故障原因

下面給出了皮帶系統PLC輸入回路控制原理圖（圖1）。

圖1 皮帶系統PLC輸入回路控制原理圖

圖中圓內數字2和1為PLC的一對輸入端子；SQ為故障檢測元件，無源開點。故障現象中PLC后臺顯示報警，就證明輸入回路有了動作，輸入端產生了高電平。然而，故障檢測元件SQ沒有動作，無源開點沒有閉合，PLC輸入端不應當有高電平。二者顯然是矛盾的。用萬用表測量各條皮帶的故障輸入信號電壓，結果顯示PLC輸入端分別有幾十乃至上百伏的交流電壓。它從何而來？100V的電壓也不是正常工作電壓220V，它能使PLC誤動作嗎？一連串的問題接踵而來。我們又測量了故障檢測開點之間的電壓，100來伏，壓降很大，遠遠沒有達到220V，怎么回事？是電纜太長嗎？

2.2.1 引入中間繼電器消除長電纜對PLC輸入回路的影響

我們對部分皮帶的PLC輸入回路進行了改造，使故障檢測元件控制交流220V的中間繼電器（歐姆龍），由繼電器的開點將信號傳入PLC輸入端。下面是引入交流中間繼電器后PLC輸入回路控制原理圖（圖2）。

圖2 引入交流中間繼電器后PLC輸入回路控制原理圖

改造后，當繼電器觸點K斷開時，觸點兩端電壓為電源電壓，PLC輸入端電壓為0；繼電器觸點閉合時，觸點兩端電壓為0，PLC輸入端電壓為電源電壓。PLC輸入回路正常了。經實際運行，PLC后臺不再誤報警，皮帶系統也不再突然停車。與此同時，新問題又出現了：原本在PLC輸入端的壓降轉移到了中間繼電器上，部分中間繼電器的指示燈常亮，其兩端有幾十伏電壓，觸點未吸合。

2.2.2 用直流電消除長電纜分布電容對繼電器的影響

針對上述中間繼電器指示燈常亮的問題，我們進一步做了檢查，故障檢測點在斷開位，PLC柜內及周邊無感應源。斷開繼電器的接線，燈滅；接上，燈亮。既然指示燈常亮，那一定是形成了電氣回路。從圖2繼電器線圈所在的回路中可以看到，線路很簡單，沒有其他元器件，只有電纜。我們再次將目光集中到了電纜上，經查證，這條控制電纜有1 000多m，是一條2×19×1.5的多芯控制電纜。我們考慮可能是電纜分布電容作用的結果。在圖2中，如果在故障檢測開點兩端并上一個等效電容，那么在交流電的作用下電容就會不斷地充電、放電，從而形成回路，使繼電器兩端產生電壓。根據電容通交流隔直流的特性，又將繼電器改為直流24V的，線圈回路改用直流電。下面是引入直流中間繼電器后PLC輸入回路控制原理圖（圖3）。

圖3 引入直流中間繼電器后PLC輸入回路控制原理圖

將交流繼電器改為直流之后，繼電器指示燈果然滅了，繼電器線圈端電壓為0，故障檢測元件開點兩端電壓24V；使故障檢測點閉合，測量其兩端電壓為0，繼電器線圈電壓為24V。至此，全部工作正常了。

2.2.3 運用等效電路，剖析故障現象

回路中引入分布電容之后，改造前的PLC輸入回路等效原理圖如圖4所示。

圖4 PLC輸入回路等效原理圖

當故障檢測開點閉合時，輸入信號正常傳輸，PLC可靠報警。故障檢測開點斷開時，分布電容在交流電的作用下不斷地充電、放電。電容充滿電時，回路斷開，系統正常工作；電容充放電時，輸入信號導通，PLC輸入端產生電壓降。試驗證明，當這個壓降達到110V左右時，PLC輸入端就認為是高電平而誤動作。實際情況是：在皮帶運行時，讓故障檢測開點閉合，PLC系統立即報警，皮帶可靠停車；讓故障檢測開點處于常開狀態時，PLC正常工作，時而報警；斷開這些故障輸入回路，PLC正常工作，不再報警停車。二者基本吻合。至于故障檢測開點之間的電壓，應當為等效電容電壓，而不是電源電壓。

3 結語

由于該系統所用的控制電纜產生分布電容，在充放電時，PLC輸入回路導通，進而使PLC發生了誤動作。本例對PLC輸入回路進行了兩次改造，第一次使用交流220V的小型繼電器，可以使PLC輸入回路正常，但繼電器狀態指示燈異常，也可以考慮使用大功率繼電器或不帶指示燈的繼電器，以消除誤指示現象，但筆者更傾向于第二次改造使用直流繼電器的做法。另外，如果是新建項目，也可考慮選用帶直流輸入模塊的PLC。

［1］邱關源.電路［M］.第4版.北京：高等教育出版社，1999

［2］周一鳴.電纜分布電容與繼電器誤動作［J］.化工設計，2011（6）