PLC控制系统常见故障与维护建议

祖博

（吉林燃料乙醇有限公司，吉林 吉林 132101）

PLC控制系统常见故障与维护建议

祖博

（吉林燃料乙醇有限公司，吉林 吉林 132101）

公司生产装置中使用大量西门子PLC过程控制系统，一旦PLC出现故障，就会使设备无法正常运行，从而影响生产。因此，提高PLC控制系统的稳定性并减少系统的维护成本，是保证企业高效平稳生产的前提。本文对PLC过程控制系统常见的故障进行分析，目的在于探索出故障存在的原因及其出现的规律。

PLC；过程控制；故障；维护

PLC控制系统是以可编程逻辑控制器为核心的自动控制系统，被工业生产广泛应用。作为一种以数字电路系统为基础的电子装置，可编程控制器用ROM储存指令，通过常开常闭接点、线圈、定时、计数、数学运算等功能，实现顺序控制和逻辑运算。在工业生产中，一般中型以上成套设备都会采用PLC控制系统，PLC控制系统在投入到工业的自动化生产之中后，由于它的性价比较高、可靠性较强等优点，逐渐成为工业生产的核心设备。在众多工业控制设备中， PLC控制系统的使用量已经排在前位。

为了节约工业生产的成本，要在系统设计的初始阶段和生产应用中估计好PLC设备元件的损耗，注意PLC系统常发生故障的点，提前做好应对措施，这样可以降低PLC系统发生故障的时候造成设备停车产生的影响。

1 PLC控制系统组成及故障分布

输入、输出、逻辑控制组成了PLC控制系统，输入包括各类开关量信号，例如接近开关、按钮、行程开关、继电器接点等和模拟信号，例如传感器等。输出包括各类执行单元，例如电动气动阀门执行机构等。逻辑控制是用户对程序进行控制。PLC首先收到输入信号，然后执行用户程序来连接输入信号和输出信号，保持它们之间的逻辑关系，得到执行结果后，通过输出端进行输出，以便控制设备。

近5年来，经过统计PLC控制系统故障事故，系统故障总共出现有217次，属于PLC系统故障所占比率约占4．9%，属于现场设备故障所占比率约占95．1%。PLC系统故障之中，I/O模块（AI、AO、DI、DO、RTD等）故障比例约为96%，与处理器相关联的部分（电源、通讯网络、系统总线、存储器、CPU等）故障比例约为4%。系统故障分布如图1所示。

图1

2 PLC控制系统的故障分析

2.1 PLC系统的I/O模块

PLC系统中故障率最高的是各种I/O模块，I/O模块是接收现场数字、模拟信号和发送指令、模拟量值功能型模块。当I/O模块发生故障后的影响尤其明显，不能正常的输入信号、输出指令会在很大程度上影响到PLC系统的正常运行。想要减小I/O模块发生故障的频率就要先从外部开始着手，减少外界高电压、大电流对I/O模块端口的冲击。要按照正确的使用方法使用，应该加装隔离保护设备的一定要加装，不能随意减少或者不装保护设备。最后还要注意系统整体的接地情况，各I/O模块要共地，这样系统整体稳定性好，模拟量数值稳定，过程控制才能更平稳。

2.2 PLC处理器部分

在PLC系统处理器单元中故障率最高的是电源模块。生产装置连续生产，现场设备夜以继日不停的运行，作为设备核心的PLC系统也在不停的接收输入信号，发出相应的控制指令来维持设备的运行。PLC的电源在连续工作中，由于受到电流和电压的波动影响，导致元件发热量增加，由于电源模块散热能力有限，久而久之加速元器件老化，降低使用寿命。晃电最容易损坏电源模块，持续运行数日的电源模块经历一次晃电就极有可能无法正常为PLC提供稳定的电流和电压。

PLC系统通讯网络故障率很高，主要分为四种情况：一是通讯线或者通讯线插接件损坏。二是终端电阻设置不对。三是电气元件的烧坏，如DP插头、通讯接口模块等。四是通讯电缆被动力电缆干扰。

PLC系统总线出现故障的主要原因在于它的插件结构，插拔模块会被长期的应用，这样容易导致印刷电路板、插接件借口、底板等局部的总线出现磨损。由于在空气的暴露下，温湿度会导致总线的材质、印刷电路板退化，模板与模板相接的接触点也会氧化，这些情况会使系统的总线损耗较大，最后导致故障时常发生。由此可见，在PLC系统初始设计时要考虑使用环境的温度、湿度、灰尘等因素对PLC系统硬件的影响。

PLC系统的程序存储到自身的ROM中，正常运行时通常不会出现故障。故障多发在电源系统出现故障断电时，程序保持电池电量低，不足以维持ROM中的程序保存，造成的PLC程序丢失。因此，要定时更换程序保持电池，一般年限为2年。还要做好程序备份，以备程序丢失时，将程序重新下装到PLC系统。

CPU是PLC系统的中央处理单元，目前的PLC系统都采用高性能的处理芯片，其寿命长，稳定性好，故障率低。主要控制好使用环境的温湿度和做好防尘措施即可。

2.3 现场设备部分

PLC控制系统中故障率最高的在现场设备，经统计有近95．1%的故障出自现场。其中比较突出的故障包括以下几类。

第一类的故障主要发生在接触器和继电器上，也是故障发生最多的地方。由于需要对PLC控制系统进行日常的维护，可以发现在电气备件中，各种接触器、继电器的损耗量最大。首先，产品本身的原因使得其发生故障。其次，就是存放环境不适宜，继电器、接触器的触点在空气下比较容易打火氧化，使之发热直至变形，最后导致系统出现故障，不能使用。所以，若要减少故障的发生，应该选择质量上乘、使用寿命长、性能高的继电器和接触器。与此同时，继电器、接触器的环境要进行改善，尽量不要频繁更换，不影响系统的运行。

第二类的故障主要发生在执行机构，如阀门、闸板门等，在使用过程中，这类设备经常进行相对位移且位移较大，或阀门、闸板门要完成相应动作需要经过电气转换等，或使用电动来完成阀门、闸板门的位移，其它环节，如仪表、机械等稍微不到位就可能会有误差，甚至导致故障。究其主要原因，是机械、电气和仪表等长期被使用而没有对其进行定期维护而产生的故障。所以，除了定期检查和维护这类设备外还要建立严格的检查监督机制，巡检人员可以对设备的外观进行检查，看设备是否有变形情况，控制器、执行机构是否运行正常等，减少其故障的发生。

第三类的故障主要发生在限位保护装置、现场操作柱的元件和开关上。主要原因是元件的损坏，可能是由于设备长期运行导致，也可能是设备长期没有使用而导致的生锈。主要的措施是要对设备定期维护，使设备保持良好的状态。而对于大型设备上的限位开关，不仅要检查、维护，还要在设计阶段进行多项保护设置。

第四类故障主要发生在其附件之中，如接线端子等。究其主要原因，附件这类设备的制作工艺是一方面，安装工艺也是一方面。有关人员认为，将螺母与电线压接紧一些较好，但也会出现拆卸困难，尤其是在整修时。而为了拆卸，使用较大力气容易使连接件和附近元件出现损坏。因此，不论是在设备的安装还是维修中，都应该按照相关的安装程序、安装工艺。

第五类的主要故障是传感器、仪表类，主要表现为信号不正常。这种设备在安装时要与动力电缆分别铺设，尽可能的将信号线的屏蔽层进行单端可靠接地，尤其是高干扰变频器的输出电缆。主要措施是建立预防机制，进行日常检查，及早发现故障，及早处理。

第六类的主要故障是地线、信号线的干扰和电源。根据经验，解决这类故障的主要措施是维护时对其观察分析和经验。PLC系统对工业环境要求较高，因为在制造时就已经加入很多措施，所以可以在现场使用，但是想要整个系统稳定可靠，还要实施抗干扰措施。

3 结语

大多数PLC控制系统随成套设备被安置在环境复杂的生产现场。一般情况下，PLC设备发生故障是随机的、不可预见的，也是不可避免的。PLC控制系统对于连续自动化生产发挥着至关重要的作用。因此，当系统发生故障时，通过故障现象快速分析、查找、排除、解决故障，对于企业平稳生产有着关键性的作用。这就要求专业技术人员要重视安全操作规程，日常工作中严格执行相关规定，规范日常检查内容，加强专业技术知识学习，归纳总结故障处理的经验，便于在日后快速准确处理类似故障，降低系统的维护成本。

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