PLC常见故障的分析和处理

耿旭东

（山西交通技师学院，山西 晋中 030800）

0 引 言

自可编程序控制器PLC诞生五十年来，极大推动了工业自动化的发展进程，深刻影响着人们的工作和生活。PLC所处的工业现场环境比较复杂，如在高温、粉尘、潮湿、噪声和振动等恶劣条件下长期工作，不可避免会出现各种各样的故障，影响生产系统的稳定运行。作为一名系统维护人员，必须快速、准确找出故障并解决问题，恢复系统的正常运行。

1 PLC故障产生的来源

PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入接口、输出接口、通信接口、电源和编程器等几部分组成。其中：CPU是PLC的核心；I/O接口用来连接输入和输出设备；通信接口用于连接编程器和上位机；电源为PLC各部分提供电能。PLC的故障主要来自于PLC故障和PLC外部设备故障。PLC故障包括中央处理单元故障、电源故障和接口故障。中央处理单元故障包括CPU故障、存储器故障和系统总线故障。接口故障包括输入接口电路故障、输出接口电路故障和通信接口电路故障[1]。输入/输出设备故障有按钮、接近开关、行程开关、传感器、接触器和电磁阀等故障。

在PLC控制系统中，PLC内部的CPU、存储器、系统总线的故障率比较低，发生故障较多的是PLC的输入电路、输出电路、电源模块和通信模块等部位，更多故障发生于输入、输出设备。维修时，只要PLC电源指示灯、RUN/STOP指示灯、SF指示灯亮灭正常，就不要怀疑PLC发生故障。如果通过诊断程序确认运算程序有输出，而PLC的物理接口没有输出，那么输出接口电路或输出设备存在故障。因此，维修PLC时，首先要判别是外部设备故障还是PLC本身故障。

2 PLC控制系统的故障类型

PLC控制系统的故障按来源可以分为PLC本身故障和外围设备故障两大类。按软件、硬件的性质分为软件故障和硬件故障，一般软件故障比较少。按照PLC的手册便于查找故障点，但硬件故障具有多发性，有时又极为隐蔽，需要工作人员细心观察，综合判断。按故障发生的范围分为局部故障和全局故障。局部故障涉及元器件少，易确定故障点；全局性故障往往由PLC本身各部分不正常的工作状态互相影响而引起，判断时比较困难。

3 PLC故障分析的原则

当PLC控制系统发生故障后，首先仔细观察故障现象，由外到内、由大到小、由易到难，分析电路工作原理，缩小故障范围，确定故障部位，更换故障元件，恢复系统工作[2]。

4 PLC外部设备的常见故障点分析和处理

4.1 输入电路故障点

输入电路中，由于工作现场的温度变化、长期磨损、粉尘污染等，导致一些输入器件逐渐老化损坏，如开关、按钮、限位开关、接近开关、安全保护装置和热保护器件的触点出现变形、烧蚀、氧化和粉尘堵塞等，造成触点接触不良，输入信号无法正确传递，程序控制指令不能传送到输出端子，输出设备无法动作。对于这些输入元件，要定期维护、保养，使设备处于正常工作状态。输入电路中的传感器故障在PLC控制系统中常表现为信号异常，传感器在安装时，信号线的屏蔽层要可靠接地，把信号线与动力电缆分开敷设，具有高频干扰的变频器输出电缆也要分开敷设，并在PLC内部进行软件滤波。日常巡检中，不能遗漏这些检查点，发现问题应及时检修和更换设备。

4.2 输出电路的故障点

输出设备中，继电器、接触器和电磁阀是与PLC输出端直接相连接的设备，工作电流较大，动作频繁，极易损坏，是PLC控制系统中出现故障最多的部位。工业生产线PLC控制系统的日常维护中，由于现场环境比较恶劣，长时间的高频度工作导致设备极易损坏，电气备件消耗量最大的是各类继电器、接触器、空气开关。此外，经常暴露于生产环境中的接触器触点易打火、腐蚀、氧化甚至粘连，造成输出端故障。为避免此类故障发生，应选用高性能继电器、接触器和电磁阀，改善元器件的使用环境，按巡检要求定期检查和维护，保障生产线PLC控制系统的正常运行。

4.3 PLC系统中连接部件的故障点

PLC中发挥连接和固定作用的接线端子、接线盒、固定螺栓和螺母等易发生故障。这些故障点主要是设备本身制造工艺、安装工艺差，长时间打火、锈蚀等造成。这类故障比较隐蔽，不易被发现。因此，在设备安装和维修中，要按照安装工艺的要求选择质量可靠的部件，并进行规范安装，尽可能减少故障发生的可能性。

5 PLC本身的故障点分析和处理

5.1 PLC本身的故障点

PLC本身的故障由PLC内部的功能性错误或程序错误造成，迫使系统无法正常工作。PLC具有很强的故障检测和处理能力，CPU检测到某种错误信息后，利用自身完善的诊断功能诊断程序，找到故障代码并显示到上位机的屏幕中。根据屏幕上的显示信息，找到故障的模块或部件，更换损坏的模块或部件后即可排除故障[3]。

从PLC的编程软件中可以获得大量的硬件故障与编程错误的信息。PLC内部集成了错误信息识别和记录功能；因此，维修人员要熟练掌握应用编程软件显示错误信息和诊断代码的能力，进而快速查找故障，为分析和排除PLC系统本身故障提供有效的解决方法。当PLC的软件不正常时，要查看PLC的运行状态是否正常，如果不正常就进行CPU清除，重新下载控制程序。

5.2 电源模块故障点

PLC通电后，其STOP或RUN指示灯亮，如果不亮，说明电源部分有故障，此时检查电源供电电压是否正常，如电源供电正常，则是PLC电源发生故障，可拆开电源模块检查内部电路是否出现故障。通电后，如果SF指示灯亮，拔动扩展端口内的STOP/RUN开关也不能恢复正常，则是系统出现故障。系统故障由各种电磁干扰、ROM失效等引起。对电源采取抗干扰措施，控制信号线和动力线路，PLC应分开布线，尽量远离干扰源，电源线与I/O信号线分开布线，相互留有一定距离。如果BATT指示灯亮，说明锂电池电压不足，那么存放用户程序的随机存储器RAM、计数器和有保持功能的辅助继电器无法正常工作，此时需更换锂电池。锂电池的寿命大约是5年，更换时先开机给PLC供电15 s以上，保证RAM中的数据不丢失，然后快速更换同规格的锂电池。

5.3 通信模块故障点

由于通信模块和网络连接在一起，网络受外界环境的影响比较大，常因外部环境干扰导致通信模块损坏；因此，要分析是通信模块本身的故障还是外界环境影响导致的故障。如果是外界因素的影响，就要排除外部干扰，之后查看通信模块的故障。通信模块和主板的连接或与PLC的连接采用插卡式结构，由于空气温度变化、环境潮湿导致插槽锈蚀、触点氧化，易造成接触不良，使系统不能正常工作。因此，工作人员应按照正确的方法插拔板卡，注意日常维护板卡触点和总线插槽。

6 结 论

对大中型PLC控制系统而言，应制定严格的维护和保养制度，做好运行、维护、保养记录。按照维护和保养制度的要求定期维护保养，检查设备安装施工中接线有无氧化、松动现象，清除设备上的油污、灰尘杂质。检查系统供电电压是否正常，检查输入/输出元件的状态是否在规定范围内，后备电池的电压是否充足，并备足常用的模块、器件，以便及时更换，最大限度减少故障的发生几率。

在工控领域，各种工控设备和智能化设备发挥着越来越重要的作用，PLC依然担负着重要角色，构成了系统复杂、完整的控制系统。在分析和排除故障时，要从整个控制系统的角度全面考虑各种影响因素，全面深入分析不同故障，适时采用PLC控制系统的自诊断功能，充分发挥编程软件的在线监控功能，准确把握故障发生方向，汇总诊断信息，科学、合理地分析、处理故障，降低维修成本，快速排除故障，恢复正常工作，提高生产效率，使系统设备平稳运行。