切纸机PLC电源故障的分析与处理

方朝顺

（广东省粤东高级技工学校，广东汕头 515041）

切纸机械是印刷和包装行业最常用设备之一。切纸机完成的最基本动作是把待裁切的纸送到指定位置，然后进行裁切。本文提及的印刷切纸机是用PLC高速计数器功能结合变频器多段速功能实现定位控制，并利用人机界面进行裁切参数设定和完成手动操控的。送纸由进给电机控制，进给过程中，PLC接收到表征运送距离的脉冲数并与设定数值进行比较，当脉冲数与设定数值相等，即纸达到设定位置时，断开进给电机电源，同时由电磁离合制动器对推进系统惯性进行刹车制动，实现精确定位。因切纸机应用了人机界面，一些手动动作，如前进、后退、换刀等都通过人机界面实现，不需占用PLC输入点，因此设备制造厂家从实用、够用的原则考虑，切纸机的PLC选用了三菱的FX1S-30MR小型机。

在应用PLC控制器的生产机械中，PLC作为一种重要的工业控制装置，它的软件和硬件技术都比较成熟，工作可靠性高，故障率低，但作为一种电器工作过程出现故障却是不可避免的。由于PLC控制器的供应公司对内部电路资料及技术保密的原因，一旦PLC出现故障一般只能交还原公司维修或更换，维修周期长且成本高，这不利于设备维护和使用，影响用户正常的生产，造成损失。因此生产企业本身的设备维护人员能否掌握一定的PLC硬件故障排除能力就显得非常的重要。

1 切纸机故障的出现

这是在笔者参加单位组织的“教师赴企业参加生产实践活动”期间实践企业（某印刷厂）的一次生产设备（切纸机）维修实例。切纸机出现故障后，通过向厂方切纸机设备操作人员了解询问得知：该切纸机在工作过程中突然整机不能工作，人机界面上显示的实时数据不正常，所有触摸按钮不起作用，但切纸机上电源指示正常。

2 故障检查分析及排除过程

根据故障现象的特点，经外部检查后决定通电再试，此时发现切纸机配电箱内的PLC控制器上的电源指示灯不亮，用万用表检查控制器交流220 V输入端L、N间的电源电压为零，再顺着线路检查，发现220 V外部电源熔断器2 A熔管熔丝已断。进一步确认PLC 220 V输入端子无短路现象后，卸解去PLC控制器输出外接电路，更换熔管，通电再试，此时测得220 V输入端子的电源电压正常了，但PLC控制器上的电源指示灯仍然不亮，仔细辨听时，发现PLC内部伴有间歇性“吱吱”声，初步判断是PLC控制器有故障，而且其电源电路部分故障可能性最大。

将该切纸机配电箱内的三菱PLC拆下，同时分解取出如图1所示的PLC开关电源板并先做重点检测，该PLC的电源电路板通过插针与主板插座连接。通过对电路板的仔细观察和万用表的辅助测量，得出了插座各针脚功能。其中插针的2、3脚为工频220 V电源输入；5、6脚为24 V输出，给PLC主板供电；4、7脚是X端子的DC24 V电源。搞清楚了插座针脚后，就开始对电路进行检查[1-2]。将端子5、6脚间接一只24 V/5 W灯泡，做为假负载。2、3脚输入220 V电源，此时仍可听到间歇性“吱吱”声（由开关变压器发出），灯泡不亮。至此，可以确定故障就在电源电路上，因5、6脚为24 V输出已经由假负载代替，怀疑输出整流滤波回路存在严重的过载或短路，进而拆下滤波电容器C10，再试，“吱吱”声消失，灯泡亮，输出正常。用万用表电阻档检查C10发现阻值很小，表明已经严重漏电，更换同规格电容器后试电，电源板工作正常，将PLC恢复安装并试电也正常[3]。到这里，PLC的故障排除完毕，接着还原连接好切纸机线路，再通电试车，切纸机完全恢复正常工作。

图1 三菱FX1S-30MR的PLC开关电源板

3 PLC电源故障排除总结

为更清楚地表达上述切纸机故障分析排除过程，以及为后续PLC电源故障维修积累资料、为其他同行提供参考，本人通过对电路实板的测量和查阅相关资料绘制出图2所示的开关电源电路原理图。下面结合图2简述一下PLC开关电源电路的工作原理和故障分析处理方法。

3.1 三菱FX1s-30MR的PLC开关电源电路工作原理

交流220V电源从PLC电源板2、3针脚输入，经快速熔断器F1、C1、Ll、C2及C4滤波电路后由DS1、C5整流滤波得到约280 V直流电压，此直流电压一路经开关变压器TB1绕组1加至IC1功率振荡模块STRG6551的1脚，给内接功率开关管(MOS)的源极加电，另一路经R1、R11、D5获得30 V稳定电压，再经R12、C8、C12送入IC1的4脚，提供起振电压和电流。开关变压器TBl的绕组2的输出经R8、C15、D3整流及滤波后为IC1提供工作电源，PLC的主电源由TBl的绕组3输出经D4、C10、C16整流滤波后获得。R9用于对输出电压采样后与24 V稳压器件IC2提供的电压基准进行比较，比较结果通过光耦器PC1送入IC1的5脚（反馈电压输入脚），控制开关管通断频率，从而实现稳定输出电压。

R2是IC1内部CMOS开关管工作电流采样电阻，若R2上压降到达某一阀值时，IC1电路停振保护；当输入电压过高、电压采样电路出现异常或D1击穿时，电压会被送入IC1的5脚，使开关电源停振，保护了后续电路不致于损坏。D6并接于TB1线圈1，起续流作用，对IC1进行保护。

3.2 PLC开关电源故障维修总结

在PLC的硬件故障中，开关电源的故障率比较高，为能给其他人员进行故障维修时提供参考，现将开关电源故障排除的思路和方法总结如下。

图2 三菱FX1s-30MR的PLC开关电源电路原理图[2]

本文中切纸机的PLC控制器故障现象是PLC控制器上的电源（POWER）指示灯不亮，这种故障除了供电电源输入异常外，就是PLC开关电源出现故障，使电源无输出。电源无输出的主要原因有：STRG6551中的开关管损坏、电源本身停振、负载过重导致保护电路动作、控制电路失常等。为缩小故障范围，确定具体故障回路和故障点，可分几步进行。

（1）先检查外部220 V供电是否正常、Fl保险丝是否熔断、THl是否断路。这里有一种常见故障是通电就烧保险管。通电就烧保险管的故障，一般发生在开关变压器之前的电路部分。检查时应先观察印制板上有无发黑、碳化、断裂的器件或区域，若有则应首先进行清理和更换。然后重点检查C2、C5、DS1、D5、C8乃IC1是否有漏电或击穿，最好能用替换法进行判断，因有的器件只有在高电压的作用下才暴露出问题，用万用表电阻法检查是无法判断的。接着检测D5和DS1是否被击穿，开关变压器的初级的级间短路也是检查的范围。

（2）若外部220 V供电、Fl和THl正常。可接着将稳压回路开路，看电源电路能否起振，若能起振，说明满足起振条件的四个回路：直流280 V供电回路、振荡回路、正反馈和工作电源供给回路正常、负载回路也基本正常，应重点检查稳压回路[4]。

（3）若仍不能起振，说明故障在上述的四个回路中。实际修理时,可用万用表打电压挡接在IC1的4脚与地之间，观察表针有无摆动。如果万用表表针摆动，则说明电源高压及振荡电路工作基本正常，只是处于自保状态。若没有闪烁摆动，则说明电源未起振，这时可先检查IC1的1脚有无280 V左右的直流电压。若有则检查反馈供电D3、C15、R8和变压器TB1绕组2间有无回路，若这些器件都正常，则有可能是IC1已损坏。如果IC1的1脚有280 V左右的直流电压，再测C5两端有无电压。若有，则变压器绕组1有可能断路；若无，再检查桥堆DS1是否断路，交流端有无220 V左右的交流电压。

常见的故障有：保护电路异常，如D1击穿，将主回路电压直接加到IC1的5脚，而使开关管停振；D6击穿漏电，相当开关压器并联了一个极重的负载，使感生电压幅度不足而停振；Rl、R11、D5、C8、C12起振回路参数变异或IC1中的开关管不良。此时需要进一步检查确认。

（4）在本文实例中PLC控制器出现有间歇性“吱吱”声的故障，此为开关电源典型故障，这时为确定故障具体部位，可用“假负载法”检查。方法是先断开负载回路，用一合适的假负载（如灯泡）代替，然后再试，若“吱吱”声消失、输出电压正常，则故障就在负载回路。本文切纸机PLC控制器的故障原因就是负载侧电路C10严重漏电引起故障的，当D4、C10不良或后续电路有短路故障，就会使开关管电流采样电阻上压降升高，电路表现为停振或起振困难，即间歇振荡发出“吱吱”声，而使电源做出停振动作。

（5）两种故障检修方法的说明

1）“假负载法”：在采用时，应特别注意几个问题：①断开负载，接入假负载时，应清楚要断开哪里，是只断开了输出电路，还是连同某些保护电路也同时断开了，切不可将取样电路也断开；②“假负载”不是实际电源负载，接入假负载时，电源输出正常，不能百分之百地说明电源正常，同样，接入假负载时，电源输出电压比正常低也不能完全说明电源不正常。

2）电阻法：这是应用最广泛的检测方法之一，也是最安全的。电阻法分在线测量和开路测量两种。在线测量的元件阻值应小于或等于其实际阻值。通过测二极管、三级管的PN结正、反向阻值，集成电路的引脚对地阻值，电阻阻值，电感元件的通断，电容的充放电情况等，可判断元件是否开路、击穿短路、虚焊或变质。

4 结束语

当PLC控制器出现故障后，许多情况下是可以修复的，不要动不动就将其报废掉。在本次印刷切纸机故障维修中，因能找到故障的原因，迅速排除故障，前后不够1.5小时就恢复了系统的运行，使生产只受较小的影响。若将PLC送修，据厂方人员介绍至少需要一个星期的时间，若是购买更换新的PLC，则将花费1 500元左右，而本次维修只是更换了不足1元的电容器，因此维护人员掌握PLC硬件故障的诊断和排除方法是非常重要和必要的。但是，由于目前PLC生产商对维修资料的封锁及专用元器件的使用，给维修工作增加了许多困难，希望本文的维修实例能给读者提供参考。同时应强调的是，PLC的维修应重点放在平时（以防为主），不要等到出现严重故障时再进行维修，定期对PLC系统进行维护和检查显得更加重要。

［1］百度文库.STR-G6651、SE024N PDF资料［EB/OL］.http：//wenku.baidu.com.2010.

［2］旷野之雪.三菱PLC开关电源图纸及检修［EB/OL］.http：//wenku.baidu.com.2008.

［3］旷野之雪.欧姆龙PLC开关电源维修［EB/OL］.http：//wenku.baidu.com.2012.

［4］百度文库.变频器开关电源故障检修五例［EB/OL］.http：//wenku.baidu.com.2011.

［5］三菱电机.FX1S微型可编程序控制器使用手册［Z］.2006.