PLC电气系统中的常见故障及处置措施

佘林峰

苏州科技大学，江苏 苏州 215099

0 引言

自20世纪60年代美国推出PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）取代传统继电器控制装置以来，PLC在各行各业得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术、网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。

PLC功能齐全、体积小、通用性强，但是一旦某个环节出现差错，那么整个流水线便会因此而无法运行。因此，在PLC电气系统运行中做好日常维护工作，一旦出现故障，及时找出PLC的故障原因并处理，可有效保障系统的运行效率。

1 PLC的故障时期与特性

（1）早期故障期：早期故障期经常会因为设计不合理，工艺缺失，元器件质量等原因而频频出错，运行不正常。从投入使用开始，故障持续时间与其规模和设计有关。这个时期主要依靠找出不可靠原因，使系统稳定。

（2）随机故障期：在度过早期故障期之后，就到了随机故障期。这个时候整个系统的故障率已经降至最低，系统故障也趋于稳定。由于这一时期的故障是随机发生的，但是低于设计时的故障率，是整个系统的黄金时期，也称为有效寿命期。

（3）损耗故障期：在这一时期，因为系统的老化严重，一些零件损耗极大，导致故障率逐渐增加。

由此可见，PLC系统设计要尽可能缩短早期故障期的存在时间，延长黄金期也就是随机故障期的时间，并尽量延缓损耗故障期的到来[1]。

2 PLC故障诊断技术

既然PLC系统容易出现故障，那必然需要相应的诊断技术。经过多年的发展，PLC逐渐形成了成熟的故障诊断体系，也有了成熟的故障诊断技术。

2.1 人工离线监控诊断

因为半导体、晶体管等微型化的发展，集成电路成了大多数人的首要选择。紧接着便是电子技术与计算机技术的更新迭代，引起了数字处理信号和分析技术的发展。但是，依靠人工进行检查与诊断，系统的故障诊断在很大程度上受人的主观判断影响。即便是很有经验的维护人员也很难保证诊断不出错误。这样不仅费时费力，影响设备运行，有时候也未必能达到较好的诊断效果。加之后期维修也依靠员工的经验，难度也取决于机器的复杂程度，故这种方式已逐渐被淘汰。

2.2 单机集中式在线诊断

单机集中式诊断基于计算机的在线集中检测与诊断，但是由于缺乏信息，其适用范围、灵活性、操作性也存在不足。

2.3 基于局域网的远程监控故障检测

这种方法能根据设备的功能与地理分布，将分布在不同局域网的设备联接起来，使它们协同工作。但因为这些系统需要构建主干、分支局域网网络、工业通信网络、现场检测设备、通信系统等来实现多资源共享、多设备协同工作、扩散筛查式监控和设备统一运行，因此对诊断人员的经验、知识储备、职业素养等要求较高[2]。

3 PLC的常见故障及其原因

3.1 外围电路元器件故障

通常情况下，在PLC控制系统使用了一段时间之后，外围电路元器件故障出现的频率会增加。并且当PLC控制回路中出现了元器件的损坏故障后，整个控制系统会因此自动停止工作。

PLC的开关量输出有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出三种形式，如果选择不当会导致系统的可靠性降低，严重时将会使系统无法正常工作，因此应根据负载要求来决定具体选择哪种形式的输出，这样才能保证系统的正常运行。

PLC的输入电路是系统接受开关量、模拟量等输入信号的端口，倘若元器件的质量达不到系统所需要的标准，那么控制系统的故障率则会偏高。同样的，光是元器件质量达标显然不够，接线方式及是否牢靠也是影响控制系统可靠性的重要因素。

外接继电器、接触器、电磁阀等执行元件，也是要注意的地方。这些元件的质量的是否合格，也会影响到整个控制系统的运行与运作。常见的故障有线圈短路、机械故障造成触点不动或者接触不良等。

除上述原因之外，PLC还有一种情况下会发生外围电路故障。因为PLC的输出端子带负载能力是有限的，一旦其负载超过上限，那便会发生外围电路故障，只能通过外接继电器或接触器等方式保障其继续工作[3]。

3.2 PLC受到干扰引起的功能性故障

现在系统中的各类型PLC是专门为工业生产环境而设计的。其采用了多层次抗干扰和精选元件措施，拥有很强的可靠性，一般情况下并不需要采取什么特殊措施而能直接使用。

PLC受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。其中外部干扰比较随机，干扰源无法消除，只能看情况来限制故障的发生。

内部干扰主要与系统的内部结构有关，需要通过精心处理来减少故障、抑制故障，否则将对系统的内主电路、模拟量输入等产生影响，从而影响整个PLC系统的运行[4]。

3.3 PLC数显仪表数据无显示或显示不准确

数显仪表是连接用户与PLC的重要平台，一旦其出现故障，用户将难以控制整个系统，对生产运作造成损失。PLC数显仪表故障主要分为数据无显示或显示不准确两种类型。如果仪表无数据显示，那么电气系统将处于暂停状态，电气设备也将处于停止作业的状态。如果输出的信息在接收过程中不能有效地将指令传达给各个电气设备，那么即使电气设备能够正常运作，也无法按照用户设置的指令运作，从而造成损失[5-6]。

3.4 PLC周期性死机

PLC在工业生产中常常会出现周期性死机，其表现是每运行一段时间就会出现死机或者程序混乱，或者出现不同的中断故障显示，重新启动后又一切正常。随着电气系统的运行年数增长，死机的频率会明显增加。大部分时候是由于PLC机体长时间的积灰导致的，但是有时候是因为硬件或者软件出现损坏或者质量不达标造成的。

在硬件方面，通常是长时间没有清理导致硬件积灰，进而导致散热能力下降所致，有时会因为输入/输出端口的损坏致使程序无法接收信号，无法下达命令。

而在软件方面，可能会因为保护程序的误启而使得程序发生死循环。

4 PLC电气系统故障处理方法

4.1 优化I/O端口

输入/输出端口有统一编址和独立编址两种编址形式。其中统一编址功能性较强，更方便访问外设端口，且系统逻辑也更加简单，但对储存空间有要求。并且统一编址指令较长，识别时需要对全部地址线进行译码，复杂性高、效率低。

独立编码不影响储存器的储存空间，译码简单，查找速度快，效率高，但是灵活性不够，处理能力较弱。

因此，在选择输入/输出端口时，要慎重，可借助程序驱动器观察机械电气设备的动作顺序变化，建立PLC检修系统化体系，并通过端口来判断机械电气设备相关信号接收系统与输出系统是否处于正常的运转状态，并根据具体情况对系统进行维护整修或调整内部数据。

4.2 对PLC电气系统进行定期维护

鉴于PLC系统经常会出现死机等情况，故要加强对PLC系统的定期维护。维护通常分为硬件维护与软件维护两方面。

在硬件维护方面，定期对PLC机架插槽接口处进行吹扫，吹扫时用压缩空气与软毛刷将整个PLC机架的硬件吹扫干净，再用浓度为95%的酒精对吹扫后的硬件进行擦拭，在吹扫擦拭结束后再检测一遍，最后再开机恢复运行。

在软件维护方面，程序改写参数内容后，切记初始化部分；对电气系统的保护程序做定期检测，防止保护程序的误启动；在进行程序维护时预先准备好程序包，做好备份工作。

5 结束语

PLC是一个很容易受到外界干扰的电气系统，也因此很容易发生故障。因此，要经常性的维护系统，优化输入/输出端口。为保障整个系统的运行正常，减少意外，需要提高系统使用的元器件的质量，同时对电气系统的程序进行优化。同时，需要开发人员拥有极高的素质和能力，对系统有深刻的理解，熟知系统常见的故障并且能快速处理，并尽可能降低系统的故障率，从而降低隐患。