淺談PLC自控系統故障排除的思路和方法

鄭賢瀛

摘? 要： PLC的應用越來越廣泛，其故障成為影響設備正常工作的主要原因。文章從PLC故障的概念出發，理論結合實際，探討和總結了排除PLC故障的思路和方法。提出可以利用數據存儲器編制軟件的方法來提示故障，使PLC更好地完成對設備的控制。

關鍵詞： PLC; 故障排除; 方法; 思路

中圖分類號：G640? ? ? ? ? 文獻標志碼：B? ? ?文章編號：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控制應用而設計制造的一種工業的計算機，廣泛應用于機械制造、汽車、紡織等現代工業[1]。PLC控制系統的故障分為PLC故障和PLC外圍線路故障。PLC故障是指PLC自身出現的主板損壞、內部元件老化、CPU出錯及用戶程序錯誤等故障。PLC外圍故障是指PLC和實際控制過程直接相連的外圍線路故障，例如輸入信號的斷線，輸出負載線路故障等[2]。據統計，機械設備正常運行后出現的電氣故障，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的PLC為例，對PLC控制系統故障排除的基本方法和思路進行探討。

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、程序監控法、替換法、工具測量法等。

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

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。程序監控法就是利用編程器來監控PLC工作的狀態，以判斷故障的一種方法。編程軟件可以監控輸入輸出的變化。藍色的代表導通狀態（圖2），否則為不導通?？梢愿鶕刂埔蟊O控程序，查找是外圍線路故障還是PLC軟件故障。

2 PLC控制系統故障排除的基本步驟

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

⑵ 對有多個機架的PLC，要判斷其通訊是否正常;

⑶ 根據故障現象，確定輸出寄存器的地址號;

⑷ 判斷輸出信號是否正常;

⑸ 判斷輸入信號是否正常;

⑹ 判斷用戶程序是否正確;

⑺ 如果輸入輸出正常，PLC也處于運行狀態，設備工作不正常，應檢查是否有干擾現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外圍故障排除的實例

不論多么復雜的由PLC控制的設備，當出現電氣故障時，排除故障的步驟都遵循一看，二測，三監控的規則。一看是指觀看PLC的狀態指示燈;二測是指利用萬用表測量外部線路故障;三監控是利用PLC的軟件，監控程序及輸入/輸出是否正常。故障排除時應先看狀態指示和監控，判斷是程序還是外圍線路故障，然后再使用萬用表進行外圍線路的故障查找。本文通過一個簡單的示例來闡述PLC故障排除的思路和方法。

這是兩個按鈕控制兩盞燈的案例（圖4），故障現象是按下任何一個啟動按鈕，HL1和HL2都不亮。首先檢測PLC是否正常，觀察PLC的工作狀態指示燈（圖5），RUN燈不亮，說明PLC沒有處于工作狀態，此故障產生的原因主要有：人為的撥動硬件開關使其處于STOP狀態沒有復位，或者程序傳送結束，由于某種原因PLC沒有自動復位?？梢岳密浖蛘咦陨淼挠布_關將PLC處于RUN狀態，當RUN燈變為綠色，說明正常。然后按下按鈕SB1，觀察輸出狀態指示燈Y0是否正常（圖6），Y0正常說明SB1和燈1的PLC程序正確，故障出現在外圍線路，即5，6，3號線和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，故障為3號線斷開。HL1的故障排除后，再排除HL2燈故障，按下SB2按鈕，觀察Y1，I/O信號燈Y1不正常，通過軟件監控哪個輸入條件沒有接通（X2不正常），或者觀察X2指示燈（圖6），說明輸入線路0，2，號線、SB2按鈕故障，利用萬用表測量故障點進行排查（SB2損壞）。故障排除后再次按下按鈕SB2，觀察狀態指示燈（圖7）Y1不正常，X2正常，說明程序出現問題，在監控下查看程序（圖8），X2控制的是Y5，而圖4中HL2連接的是Y1，說明程序和實際連線不符，修改后，Y1信號燈正常。

再次按下SB2按鈕，輸入（X2）和輸出信號燈（Y1）正常，而HL2燈不亮，用萬用表測試4、5、6號線正常，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已經過近50年的發展，其主板損壞的幾率非常小，PLC常出現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誤，不符合此機型的要求，例如三菱FX系列PLC，在使用SFC功能時，輸出不允許直接出現堆棧指令，如果出現，在程序傳送后，會出現ERROR燈閃爍。

⑵ PLC處于RUN狀態下，程序不運行

監控程序會發現輸入信號接通，但是輸出不動作。原因是程序出現雙線圈輸出（PLC的循環掃描的工作方式下，只認為最后一個輸出有效），程序里編輯了此機型不能識別的指令，例如三菱機型，如果對C200計數器進行傳送、比較等，需要使用32位功能指令，如果使用16位功能指令將出現程序直接導通，不執行。頻繁的傳送SFC語言，也會出現程序不運行的情況，將EPPROM全清（包括注釋、程序、參數）后，重新輸入程序即可排除。

⑶ PLC工作出現不穩定

主要原因為出現干擾信號、接地不良、電纜電線等連接不牢靠，例如有些自控設備旁邊有高頻信號，會造成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備管理器查看COM端口），波特率設置是否正常（翻看此型號的PLC的說明手冊）。

⑸ PLC輸出觸點損壞

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

⑹ PLC用戶程序錯誤

主要出現設計不周全，互鎖、連鎖不嚴密，當出現非常規操作時，不能自動停機。

5 結論

本文對PLC常見的故障進行了分析，并提出解決問題的方法和思路，直觀檢測法簡單、易于實現，替換法適用于結構復雜、維修困難的部件，例如數控機床的驅動裝置。程序檢測法適用于程序和設備狀態的邏輯關系清晰的場合。對于較為復雜的自動化設備，多種方法組合使用才是完善的檢測方法。

由于篇幅有限，對于使用PLC的內部特殊數據存儲器查找故障[5]，或者編制程序來提示故障，本文沒有提及，同樣對于不常見故障的排除方法需要在今后的研究中總結更多的經驗?？傊?，在故障排除的時候要考慮各方面因素，按照一定的方法，才能快速準確的判斷故障原因，并加以排除。

本研究由大連職業技術學院重點研究課題《法蘭盲板自動檢測機控制系統的研發》（項目號：DZ2019A-01）資助。

參考文獻（References）：

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

[2] 張永飛，姜秀玲.PLC及其應用[M].大連：大連理工大學出版社，2009.156-161

[3] 鄭曉峰，陳少艾.數控機床及其使用和維修[M].北京：機械工業出版社，2009.135-139

[4] 管旭.可編程控制器原理及應用[M]. 大連：大連理工大學出版社，2018.105-110

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