PLC 控制系統軟硬件故障排除

劉松濤

（ 鄭州技師學院電氣系，河南 鄭州450006）

隨著科技和生產技術的發展，生產規模的逐步擴大，工廠自動化程度的不斷提高，現代計算機通信技術、傳感技術、自動化控制系統的技術升級與廣泛應用，PLC 在生產中應用的日趨廣泛。對于PLC 系統的軟硬件維護和故障排除也成為一件重要的工作。通過對PLC 設備的維修和教學經驗的總結，可以看出，PLC 的大多數故障出自和PLC 外部連接的傳感器和繼電器上，或由PLC 外設引起的PLC 輸入輸出故障。因此，掌握PLC 軟硬件故障檢修，對于設備的安全穩定運行與正常生產具有重要的實際意義。

1 PLC 控制系統的故障自診斷

PLC 控制系統故障類型包括外部設備故障、系統故障、硬件故障和用戶程序故障四部分。任何PLC 都具有自診斷功能，當PLC 異常時應該充分利用其自診斷功能以分析故障原因。

1.1 PLC 基本單元上設置的各種LED 的指示燈狀況

BATT 燈亮時，說明PLC 中的鋰電池電壓低，需要充電或更換電池；三菱PLC 使用手冊中要求：當設備停滯不使用時，每個月要給PLC 上一次電，其實就是為鋰電池充電。

ERROR 指示燈閃爍時，說明用戶程序有語法錯誤。PLC 中的一些指令必須成套使用，例如：MC 和MCR 指令；FOR 和NEXT 指令等等，如果沒有成套使用PLC 就會報語法錯誤。

ERROR 指示燈常亮時，說明CPU 運算錯誤。判斷故障的步驟：首先，判斷是不是看門狗定時器錯誤。PLC 的工作方式是循環掃描的工作過程。三菱FX2N 系列PLC 掃描周期初始值為200ms。在這個過程中，一般包裹五個階段，內部處理與自診斷、外部通信處理、輸入采樣、用戶程序執行、輸出刷新。一個完整的掃描周期可由自診時間，通信時間，掃描I/O 時間和掃描用戶程序時間相加。如果在一個掃描周期內，不能完成上述工作，PLC 故障指示燈ERROR 將常亮。解決方法：一是在程序中加入WDT 指令，通過“看門狗”WDT 來解決；二是修改D8000 的設定值，延長PLC 的掃描周期；三是減少用戶程序的步數。

如果不是看門狗定時器錯誤，可能就是PLC 的硬件受損。但不要急于拆卸PLC，應先檢查外圍電源電路。

第一，應先檢查檢查PLC 的電源接線，PLC 的POWER 指示燈亮了，并不能代表輸入電源正常，一個LED 指示燈1.5V 就能點亮，但1.5V 并不能使PLC 正常運行。在正常的PLC 斷電過程中，我們也會看到ERROR 燈亮。

第二，將PLC 的“+24”端子上的線拆掉，因為三線式接近開關等器件如果損壞，可能造成“+24”和“COM”斷路，這種斷路會造成ERROR 指示燈被點亮。

第三，檢查PLC 開關電源部分。

1.2 通過檢測錯誤用的軟元件進行診斷

在用戶程序中監控D8060～D8067 的內容，查看錯誤代碼。

D8061：PLC 硬件錯誤。例如：擴展電纜沒有接好。D8062：串行通訊錯誤0。例如：在電腦監控時，將通訊電纜拔下。D8063：串行通訊錯誤1。例如：和變頻器通訊時，通訊參數設置不正確。

1.3 使用編程軟件GX Works 2 中的“PLC診斷”功能（圖1）。

圖1

當ERROR 指示燈閃爍或常亮時，如果使用編程軟件GX Works 2 進行程序監控，在軟件窗口中會有一個三角形的黃底黑色的驚嘆號在快捷操作欄中不斷的跳動，雙擊該圖標，即彈出“PLC 診斷”窗口，在窗口中能顯示當前PLC 的狀態以及當前錯誤，如果是編程語法錯誤，還能顯示錯誤的步數號，雙擊錯誤編號，可彈出錯誤原因和解決方案。

2 PLC 控制系統故障分布

大多數故障95%在外設，僅有5%發生在PLC 本身。在5%的PLC 故障中，控制器內的故障只占10%，90%發生在I/O 模塊和電源模塊中。

3 PLC 硬件部分常見故障

3.1 PLC 開關電源部分

PLC 的開關電源部分包括開關集成塊電源部分、開關集成塊起振電路、開關變壓器的繞組、開關集成電路的激勵電路和開關集成電路的穩壓電路。

圖2

圖3

PLC 的開關電源常損壞元器件包括的熔斷器、壓敏電阻；與開關管聯接的啟動電阻、限流電阻；開關管附近的快恢復二極管。下面總結一下常用的檢測步驟：

第一步，測量高壓濾波電容兩端有無300 伏輸出，若無應重點查整流二極管、濾波電容等。

第二步，測量高頻變壓器次級線圈有無輸出，若無應重點查開關管是否損壞，是否起振，保護電路是否動作等，若有則應重點檢查各輸出側的整流二極管、濾波電容、三端穩壓管等。

第三步，如果電源啟動一下就停止，則該電源處于保護狀態下，可直接測量PWM芯片保護輸入腳的電壓，如果電壓超出規定值，則說明電源處于保護狀態下，應重點檢查產生保護的原因。

3.2 PLC 輸入、輸出部分

在PLC 輸入、輸出部分，在電路上都采用了隔離措施，即外部電路和內部電路相互隔離，PLC 輸入部分的故障主要是輸入電壓過高，而造成光電耦合器損壞；而PLC 輸出部分大多是因為感性負載造成的。

直流電感性負載，采用續流二極管保護電路。對于繼電器而言，由于繼電器的線圈是一個很大的電感，它能以磁場的形式儲存電能，所以當它吸合的時候會存儲大量的磁場。當控制繼電器的三極管由導通變為截至時，線圈就會斷電，但此時線圈里磁場并未立即消失，該磁場將產生反向電動勢，其電壓可高達上百伏甚至上千伏，這樣的高壓很容易擊穿三極管或造成繼電器觸點的熔焊。

交流電感性負載，采用阻容吸收回路保護電路。用于吸收和消耗電路斷開時感性負載產生的自感電動勢, 可防止過電壓造成的擊穿晶閘管或造成繼電器觸點的熔焊。阻容吸收回路中電阻可選用2W 51～200 歐；電容選用0.1～0.47uF，耐壓高于電源的峰值電壓。

4 檢修實例

4.1 PLC 程序編寫有漏洞所造成的生產設備不能正常運行。

一臺自動化生產線，主泵電機采用星三角降壓啟動，但運行時只有降壓啟動，而沒有全壓運行。

檢修步驟：

（1）將程序從PLC 中讀出；

（2）查圖紙，找出主泵降壓啟動的地址號；

（3）通過“軟元件搜索”找到Y21的線圈；

（4）打開監控，啟動主泵電機（圖2）；

（5） 判斷降壓啟動延時定時器T20 是否雙線圈；

（6）通過“軟元件搜索”找到D300的數值來源（圖3）。

發現D300 的設定值為-2，因為D300 的值為負數，而定時器的設定值范圍是1～32767，T20 當前值永遠不可能等于-2，所以，沒有全壓運行。那么，為什么D300 的值會是負數呢？當X23 常開閉合時，D300 自減1，當D300 的數值為0 時，再次自減，即變為負數。

故障排除：在時間遞減程序段中通過觸點比較指令，加入時間下限條件。例如：[AND＞D300 K10]，這樣當D300 設定值遞減到K10 時，X23 常開再閉合，D300 的數值也不會再減。

4.2 PLC 生產設備的“偶然性故障”

故障現象：一臺自動化生產線，會出現“偶然性故障”，故障發生后，斷電或重新啟動PLC，故障自動消除，系統恢復正常。

要求：希望加一個復位按鈕，當出現故障時，按下復位按鈕即相當于重啟系統。

解決思路：使用特殊輔助繼電器：M8035：PLC 強制運行模式；M8036：PLC 強制運行；M8037：PLC 強制停止。使用復位按鈕的常閉軟元件驅動M8037 線圈；復位按鈕的常開軟元件驅動M8035 和M8036 線圈。注意，該運行模式需要將PLC 的RUN/STOP 開關固定在STOP 一側。

5 結論

我國經濟的飛速發展及科學技術的不斷進步，對設備的生產效率和當設備出現故障時能快速的解決故障都提出了更高的要求，因此，在正確操作使用和精心維護設備的前提下，要不斷發現和解決設計上的用戶程序中的漏洞和不足，在滿足加工工藝的前提下，提高生產效率。只有更好的了解PLC 的軟硬件知識，不斷總結好的維護和檢修方法，設備維修工才能迅速、準確的找出并排除故障，才能使PLC 控制系統恢復正常運行。