一例PLC误动作故障分析

高战强

（河北力马燃气有限公司，河北 石家庄051330）

0 引言

随着自动化程度的不断提高，PLC在工业领域得到了广泛应用，极大地促进了工业发展。但PLC在各大工厂也发生了一些棘手的故障问题，令维修人员难以招架。最近，河北力马燃气有限公司就发生了一起控制电缆分布电容引起的PLC故障。

1 故障现象

我厂备煤皮带系统由PLC控制。近日来，常出现皮带自动运行时瞬间误报警停车现象。停车时，后台监控系统会瞬间显示拉线动作、跑偏或撕裂，经实地检查无任何故障；报警闪过正常后，立即启动，设备能够运转，但运行一段时间后，会重复上述现象。

2 故障分析

我们对线路进行了认真检查，绝缘良好，无短路、断路、接触不良现象，系统接地也良好。鉴于此，故障原因应从PLC输出回路、PLC本身及PLC输入回路3个部位分段进行分析。

2.1 故障在线路中的位置

假设PLC输出回路故障，系统停车是毫无疑问的，但监控系统在程序中直接使用PLC输入点信号，在故障检测点未动作的情况下，后台系统不应显示报警信息，由此断定故障不在输出回路。我们调取了程序，并在线检测，没有发现异常。然后，通过元器件替代法，更换了CPU和输入模块，也没有解决问题。最后通过排除法，判断出故障应在PLC输入回路中。

2.2 故障原因

下面给出了皮带系统PLC输入回路控制原理图（图1）。

图1 皮带系统PLC输入回路控制原理图

图中圆内数字2和1为PLC的一对输入端子；SQ为故障检测元件，无源开点。故障现象中PLC后台显示报警，就证明输入回路有了动作，输入端产生了高电平。然而，故障检测元件SQ没有动作，无源开点没有闭合，PLC输入端不应当有高电平。二者显然是矛盾的。用万用表测量各条皮带的故障输入信号电压，结果显示PLC输入端分别有几十乃至上百伏的交流电压。它从何而来？100V的电压也不是正常工作电压220V，它能使PLC误动作吗？一连串的问题接踵而来。我们又测量了故障检测开点之间的电压，100来伏，压降很大，远远没有达到220V，怎么回事？是电缆太长吗？

2.2.1 引入中间继电器消除长电缆对PLC输入回路的影响

我们对部分皮带的PLC输入回路进行了改造，使故障检测元件控制交流220V的中间继电器（欧姆龙），由继电器的开点将信号传入PLC输入端。下面是引入交流中间继电器后PLC输入回路控制原理图（图2）。

图2 引入交流中间继电器后PLC输入回路控制原理图

改造后，当继电器触点K断开时，触点两端电压为电源电压，PLC输入端电压为0；继电器触点闭合时，触点两端电压为0，PLC输入端电压为电源电压。PLC输入回路正常了。经实际运行，PLC后台不再误报警，皮带系统也不再突然停车。与此同时，新问题又出现了：原本在PLC输入端的压降转移到了中间继电器上，部分中间继电器的指示灯常亮，其两端有几十伏电压，触点未吸合。

2.2.2 用直流电消除长电缆分布电容对继电器的影响

针对上述中间继电器指示灯常亮的问题，我们进一步做了检查，故障检测点在断开位，PLC柜内及周边无感应源。断开继电器的接线，灯灭；接上，灯亮。既然指示灯常亮，那一定是形成了电气回路。从图2继电器线圈所在的回路中可以看到，线路很简单，没有其他元器件，只有电缆。我们再次将目光集中到了电缆上，经查证，这条控制电缆有1 000多m，是一条2×19×1.5的多芯控制电缆。我们考虑可能是电缆分布电容作用的结果。在图2中，如果在故障检测开点两端并上一个等效电容，那么在交流电的作用下电容就会不断地充电、放电，从而形成回路，使继电器两端产生电压。根据电容通交流隔直流的特性，又将继电器改为直流24V的，线圈回路改用直流电。下面是引入直流中间继电器后PLC输入回路控制原理图（图3）。

图3 引入直流中间继电器后PLC输入回路控制原理图

将交流继电器改为直流之后，继电器指示灯果然灭了，继电器线圈端电压为0，故障检测元件开点两端电压24V；使故障检测点闭合，测量其两端电压为0，继电器线圈电压为24V。至此，全部工作正常了。

2.2.3 运用等效电路，剖析故障现象

回路中引入分布电容之后，改造前的PLC输入回路等效原理图如图4所示。

图4 PLC输入回路等效原理图

当故障检测开点闭合时，输入信号正常传输，PLC可靠报警。故障检测开点断开时，分布电容在交流电的作用下不断地充电、放电。电容充满电时，回路断开，系统正常工作；电容充放电时，输入信号导通，PLC输入端产生电压降。试验证明，当这个压降达到110V左右时，PLC输入端就认为是高电平而误动作。实际情况是：在皮带运行时，让故障检测开点闭合，PLC系统立即报警，皮带可靠停车；让故障检测开点处于常开状态时，PLC正常工作，时而报警；断开这些故障输入回路，PLC正常工作，不再报警停车。二者基本吻合。至于故障检测开点之间的电压，应当为等效电容电压，而不是电源电压。

3 结语

由于该系统所用的控制电缆产生分布电容，在充放电时，PLC输入回路导通，进而使PLC发生了误动作。本例对PLC输入回路进行了两次改造，第一次使用交流220V的小型继电器，可以使PLC输入回路正常，但继电器状态指示灯异常，也可以考虑使用大功率继电器或不带指示灯的继电器，以消除误指示现象，但笔者更倾向于第二次改造使用直流继电器的做法。另外，如果是新建项目，也可考虑选用带直流输入模块的PLC。

［1］邱关源.电路［M］.第4版.北京：高等教育出版社，1999

［2］周一鸣.电缆分布电容与继电器误动作［J］.化工设计，2011（6）