PLC控制系统在整流系统中的故障诊断和问题处理

摘 要 本文阐述了PLC控制系统在金川集团有限公司动力厂供电系统的生产应用过程存在的应用故障和常用维护方法，本文主要针对供电系统中的两个整流所出现的PLC故障诊断方法进行简单介绍，在此基礎上，阐述了电源模块，CPU模块，输入、输出I/O模块和外部线路的故障诊断方法，并分析了故障问题产生的原因和处理方法。

【关键词】PLC 控制系统 I/O输入输出模块 故障诊断分析 维护处理

1 概述

可编程控制器PLC技术目前已广泛应用于各行业中，尤其在工矿企业的生产控制过程中，它具有可靠性高、故障率低和抗干扰能力强等特点。但对于以PLC为核心的PLC控制系统而言，整套系统的外围部件、输入输出I/O单元和系统程序本身，都有可能发生故障引起整套PLC控制系统的发生瘫痪，造成极大的经济损失、环境污染甚至危及人员生命安全。在金川集团动力厂的生产过程中为了保障系统的正常运行，需定期对PLC控制系统进行检查和维护，这个工作过程必须熟练掌握PLC控制系统常规的故障诊断和排除方法，以便提高整套控制系统的稳定性和可靠性。

2 PLC控制系统的常见故障分析

金川集团动力厂两个整流所所用PLC主要以西门子S7300系列为主，在其应用过程中发现故障问题易发生在CPU模块、输入输出I/O接口、模块间通讯和外围线路中，个别时候也存电源故障问题；PLC控制程序在应用过程中存在的问题较少，只要设备调试完成并经过试运行期的正常运行基本不存在故障现象。

在实际应用的检查维护过程依据上面所述的六个方面根据故障现象有针对性的进行逐步排查，故障问题基本能够在较短时间内准确的定位，并完成故障的处理工作。控制系统定期的巡查和维护也至关重要，好的维护工作将减少控制系统产生故障的频率和次数，将易发、常发生的故障问题提前进行预防，提高系统的无故障运行时间。

2.1 CPU模块和输入输出I/O模块故障

在整流所整流系统运行过程中，当整流变所带负载发生剧烈变化，整流系统易产生高频干扰信号，外加上PLC控制系统未做好抗干扰屏蔽或可靠接地处理，通常情况下通过电源的尖峰波动易产生强磁干扰，对CPU模块和电源模块产生冲击，从而引起CPU模块故障发生，CPU在运行过程中会终止正常的程序运行，运行RUN指示灯熄灭SF系统故障指示灯亮。I/O模块故障常发生在因使用环境腐蚀性气体侵害时间较长，控制盘内因灰尘积累或震动发生元器件的老化损坏和短路造成模块内部的电路板损坏，输入点不能可靠接收外部输入信号或输出控制点无法提供正常控制信号，造成I/O模块最常见的故障问题。

2.2 模块间通讯和外围线路问题

PLC控制系统中采用以太网通讯、Profibus-DP和MPI 通讯，通讯故障常发生在系统正常运行时间较长的一段时间后，以太网通讯基于TCP/IP通讯协议，在通讯距离较远的位置采用光缆进行通讯，该种通讯方式发生故障时问题多发生在网络接口和网络连接通路中，最常见问题是由于长期震动引起的网口松动、光纤折断和夏季温度过热引起的交换机故障。在Profibus-DP和MPI网络通讯故障中最常见问题是因DP接头、通讯线缆和通讯板卡故障引起，这两种网络通讯均采用西门子专用的两芯通讯屏蔽线缆和专用接头，使用中需保证通讯线路的阻抗值稳定，当出现DP接头未可靠连接、屏蔽接地未可靠连接、线缆有破损、DP终端电阻开关未有效拨通和上位计算机通讯板卡硬件故障时均会造成网络通讯的中断和故障。在上位计算机采用CP5611通讯模块进行通讯，对MPI网络测试过程时常产生OX013a和OX013b故障代码信息，该类问题的解决需积累较丰富的调试工作经验。

一般情况下外围线路是PLC控制系统出现故障率最高的地方，PLC控制系统中PLC控制器本身作为系统核心发生故障概率较小，在系统出现故障时更多问题多集中在PLC外围接线线路中，包括各类按钮、传感器、变送器和执行机构的机械性或电气特性因使用环境和使用习惯等原因造成损坏，都会经过连接线路接入PLC的输入和输出模块，从而影响整套控制系统的正常工作，产生不易迅速检查到的故障，影响系统运行的恢复工作。

2.3 电源模块和程序故障

常规情况下PLC控制系统的电源故障是最易于发现和处理的，当CPU指示灯异常，整套系统不能正常工作时对电源模块进行检查，排除电源模块的故障。

控制系统PLC程序在设备厂家进行系统调试过程中按照各现实物理量输入输出间关系的控制逻辑和时序进行了程序编写和过程调试，在试运行期间一般都会通过正常的生产过程检验，能够保证控制系统的可靠运行。系统能够可靠稳定运行后PLC程序常规条件下不存在自我改变和修改的可能性，在这部分维护工作中需保存备份好调试完成后的最终版PLC程序，以备CPU模块损坏后CPU替换后的程序下载。

电源模块和程序故障是系统故障中存在概率最小的部分，但也不可忽视其所引起的故障结果，在故障的排查中仍需根据故障现象进行仔细分析考虑该部分原因的关联性和可能性，从而准确对故障点进行有效定位和诊断处理。

3 常规巡检与维护

PLC控制系统的常规巡检和维护是“上工治未病，不治已病”思想的根本指导，其重要性和预防性都将直接影响到控制系统无故障时间的长短和控制对象的正常运行。依据上述PLC控制系统常见故障的分析原因可有针对性的对其进行常规巡检和维护。

3.1 检查系统输入电源和外围连接线路

确保系统电源电压的稳定可靠性，保证电源保护线路可靠；检查控制系统配电盘外部引线端子连接的可靠，端子点接线不存在非可靠连接，端子点间不存在短路连接，外围所连各类按钮、传感器和执行器可靠稳定。

3.2 检查电源模块、CPU模块和输入输出I/O模块

确保其正确可靠的安装在所在的插槽中，防止电连接不可靠造成模块内的电气器件损坏。endprint

3.3 确保通信线路的连接可靠

定期对通讯端口、线路和板卡進行检查测试，防止端口连接松动，线路折断和通讯板卡的故障，对存在的不可靠连接点进行及时改正和恢复，保证故障预防工作的有效性和及时性。

3.4 定期检查

定期做好良好的维护措施将提高系统的无故障运行时间，减少系统的故障率的发生。

（1）做好定期的灰尘清理工作，确保为配电盘内提供洁净的空气环流，做好控制系统各模块积尘的清理工作，确保模块有较好的散热性，尤其在夏天和温度较高的环境中，提高PLC可编程控制器内元器件的使用寿命。

（2）外部电环境的干扰是系统易产生故障的根本原因，应定期对周围电环境进行测量分析，对存在的干扰源进行排查，严禁将易产生高频干扰的设备靠近PLC控制系统，并检查控制系统的可靠接地和抗干扰措施是否完好可靠。

4 结束语

PLC的故障分析诊断和常规维护是保证PLC控制系统正常、可靠运行的根本。本文对常用的故障诊断方法及维护措施进行了简单的探讨。在实际工作过程中，应充分考虑到影响PLC的各种不利因素，定期进行检查和日常维护，保证PLC控制系统安全、可靠地运行。通过生产过程的现实检验，该工作方法在生产中起到很好的应用效果，并保障了可编程控制系统的正常应用，提高了系统的无故障运行时间。

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作者简介

汪涛（2002-），男，电气自动化助理工程师。研究方向为PLC控制系统、计算机监控系统和视频监视系统的设计和应用开发。

作者单位

1.陕西航泰电气股份有限公司 陕西省西安市 710100

2.金川集团有限公司动力厂 甘肃省金昌市 737100endprint