PLC故障常见原因及处理方法
第一部分
运行中PLC故障常见原因及处理方法
(一)
外围电路元器件故障
此类故障在PLC工作一定时间后的故障中经常发生。在PLC控制回路中如果出现元器件损坏故障，PLC控制系统就会立即自动停止工作。
输入电路是PLC接受开关量、模拟量等输入信号的端口，其元器件质量的优劣、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。
对于开关量输出来说，PLC的输出有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出三种形式，具体选择哪种形式的输出应根据负载要求来决定，选择不当会使系统可靠性降低 严重时导致系统不能正常工作。
此外，PLC的输出端子带负载能力是有限的.如果超过了规定的最大限值.必须外接继电器或接触器.才能正常工作。
外接继电器、接触器、电磁阀等执行元件的质量，是影响系统可靠性的重要因素。常见的故障有线圈短路、机械故障造成触点不动或接触不良。
(二)
端子接线接触不良
此类故障在PLC工作一定时间后随着设备动作的频率升高出现。由于控制柜配线缺陷或者使用中的震动加剧及机械寿命等原因，接线头或元器件接线柱易产生松动而引起接触不良。
这类故障的排除方法是使用万用表，借助控制系统原理图或者是PLC逻辑梯形图进行故障诊断维修。
对于某些比较重要的外设接线端子的接线，为保证可靠连接，一般采用焊接冷压片或冷压插针的方法处理。
(三)
PLC受到干扰引起的功能性故障
自动化系统中所使用的各种类型PLC，是专门为工业生产环境而设计的控制装置。在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，故具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行稳定性和较高的可靠性。因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。PLC受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。
在实际的生产环境下，外部干扰是随机的，与系统结构无关，且干扰源是无法消除的 只能针对具体情况加以限制。
内部干扰与系统结构有关。主要通过系统内交流主电路、模拟量输入信号等引起，通过精心设计系统线路或系统软件滤波等处理，可使内部干扰得到最大限度的抑制。
PLC生产现场的抗干扰技术措施——通常从电源与接地保护、接线安排 屏蔽和抗噪声等4个方面着手考虑：
（1）电源与接地保护
PLC本身的抗干扰能力一般都很强。通常.将PLC的电源与系统的动力设备电源分开配线 对于电源线来的干扰，一般都有足够强的抑制能力。
但是电源干扰特别严重，可加接一个带屏蔽层的隔离变压器以减少设备与地之间的干扰，提高系统的可靠性。如果一个系统中含有扩展单元，则其电源必须与基本单元共用一个开关控制，也就是说，它们的上电与断电必须同时进行。
为了抑制附加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC接专用地线 接地线线径要足够粗.接地电阻要小于4Ω，接地点应尽可能靠近PLC，并且接地点要与其它设备分开。对供电系统中的强电设备，其外壳、柜体、框架、机座及操作手柄等金属构件必须保护接地。
PLC内部电路包括CPU、存储器和其他接口共接数字地.外部电路包括A/D、D/A 等共接模拟地 并用粗短的铜线将PLC底板与中央接地点星形联结防哚声干扰。PLC非接地工作时，应将PLC的安装支架容性接地以抑制电磁干扰。
（2）接线安排
电气柜内线路走线布置
① 只有有屏蔽的模拟量输入信号线才能与数字量信号线装在同一线槽内，直流电压数字量信号线和模拟量信号线不能与交流电压线同在一线槽内。
② 只有有屏蔽的220V电源线才能与信号线装在同一线槽内。
③ 电气柜电缆插头的屏蔽一定要可靠接地。
电气柜外部走线安排
① 直流和交流电压的数字量信号线和模拟量信号线一定要各自用独立的电缆，且要用屏蔽电缆。
② 信号线电缆可与电源电缆共同装在一线槽内，为改进抗噪性建议保证间隔10cm以上。
（3）屏蔽处理
PLC外壳的屏蔽，一般应保证与电气柜浮空。在PLC外壳底板上加装一块等位屏蔽板(一般使用镀锌板).保护地使用铜导线与底板保持一点连接其截面积应不少于1 0mm ，以构成等位屏蔽体，有效地消除外部电磁场的干扰。
对模拟量信号的屏蔽总线可绝缘并将中央点连到参考电位或地(GND)上。数字量信号线的电缆两端接地可保证较好地排除高频干扰。
（4）抗噪声的措施
对处于强磁场(例如变压器)的部分要进行金属屏蔽 电控柜内不宜采用荧光灯具照明。PLC控制系统电源也应采用相应的抗干扰措施。
PLC控制系统电源抗干扰的方法有采用隔离变压器、低通滤波器及应用频谱均衡法3种。其中隔离变压器是最常用的，因为PLC的I/O模块电源常用DC24V，须经隔离变压器降压，再经整流桥整流供给，或者直接使用开关电源供给。
(四)PLC周期性死机PLC周期性死机的特征是PLC每运行若干时间就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。根据实践经验认为，该现象最常见原因是由于PLC机体长时间的积灰造成。所以应定期对PLC机架插槽接口处进行吹扫。吹扫时可先用压缩空气或软毛刷将控制板上、各插槽中的灰尘吹扫净，再用95%酒精擦净插槽及控制板插头。清扫完毕后细心检查一遍，恢复开机便能正常运行。PLC程序丢失通常是由于接地不良接线有误、操作失误和干扰等几个方面的原因造成的：1、PLC 主机及模块必须有良好的接地。2、主机电源线的相线与中性线必须接线正确。3、预先准备好程序包，用作备份。4、使用手持编程器查找故障时，应将锁定开关置于垂直位置，拔出就可起到保护内存的功能。5、由于干扰的原因造成PLC程序丢失.其处理方法可参照PLC受干扰引起故障的处理。
第二部分PLC 故障查找流程图
NO.1总体检查
根据总体检查流程图找出故障点的大方向，逐渐细化，以找出具体故障，如下图所示。
NO.2电源故障检查
电源灯不亮需对供电系统进行检查，检查流程图如下图所示。
NO.3运行故障检查
电源正常，运行指示灯不亮，说明系统已因某种异常而终止了正常运行，检查流程图如下图所示。
NO.4输入输出故障检查
输入输出是PLC 与外部设备进行信息交流的通道，其是否正常工作，除了和输入输出单元有关外，还与联接配线、接线端子、保险管等元件状态有关。检查流程图如下图所示。
第二部分
PLC产品本身的可靠性可以保证，但在应用中一些不正确的操作会造成一定的影响。为大家整理了一些PLC日常应用中的9个小技巧，希望能对大家在日常使用PLC有所帮助。
一、PLC自身故障判断
一般来说，PLC是极其可靠的设备，出故障率很低。PLC的CPU等硬件损坏或软件运行出错的概率几乎为零;PLC输入点如不是强电入侵所致，几乎也不会损坏;PLC输出继电器的常开点，若不是外围负载短路或设计不合理，负载电流超出额定范围，触点的寿命也很长。
因此，查找电气故障点，重点要放在PLC的外围电气元件上，不要总是怀疑PLC硬件或程序有问题，这对快速维修好故障设备、快速恢复生产是十分重要的，因此笔者所谈的PLC控制回路的电气故障检修，重点不在PLC本身，而是PLC所控制回路中的外围电气元件。
二、输入输出(I/O)模块的选取
输出模块分为晶体管、双向可控硅、接点型。
晶体管型的开关速度最快(一般0.2ms)，但负载能力最小，约0.2~0.3A、24VDC，适用于快速开关、信号联系的设备，一般与变频、直流装置等信号连接，应注意晶体管漏电流对负载的影响。
可控硅型优点是无触点、具有交流负载特性，负载能力不大。
继电器输出具有交直流负载特点，负载能力大。常规控制中一般首先选用继电器触点型输出，缺点是开关速度慢，一般在10ms左右，不适于高频开关应用。
三、接地问题
PLC系统接地要求比较严格，最好有独立的专用接地系统，还要注意与PLC有关的其他设备也要可靠接地。多个电路接地点连接在一起时，会产生意想不到的电流，导致逻辑错误或损坏电路。
产生不同的接地电势的原因，通常是由于接地点在物理区域上被分隔的太远，当相距很远的设备被通信电缆或传感器连接在一起的时候，电缆线和地之间的电流就会流经整个电路。
即使在很短的距离内，大型设备的负载电流也可以在其与地电势之间产生变化，或者通过电磁作用直接产生不可预知的电流。
在不正确的接地点的电源之间，电路中有可能产生毁灭性的电流，以至于破坏设备。
PLC系统一般选用一点接地方式。为了提高抗共模干扰能力，对于模拟信号可以采用屏蔽浮地技术，即信号电缆的屏蔽层一点接地，信号回路浮空，与大地绝缘电阻应不小于50MΩ。
四、消除线间电容避免误动作
电缆的各导线间都存在电容，合格的电缆能把此容值限制在一定范围之内。即使是合格电缆，当电缆长度超过一定长度时，各线间的电容容值也会超过所要求的值。
当把此电缆用于PLC输入时，线间电容就有可能引起PLC的误动作，会出现许多无法理解的现象。
这些现象主要表现为：明接线正确，但PLC却没有输入;PLC应该有的输入没有，而不应该有的却有，即PLC输入互相干扰。为解决这一问题，应当做到：
1、使用电缆芯绞合在一起的电缆；2、尽量缩短使用电缆的长度；3、把互相干扰的输入分开使用电缆；4、使用屏蔽电缆。
五、抗干扰处理
工业现场的环境比较恶劣，存在着许多高低频干扰。这些干扰一般是通过与现场设备相连的电缆引入PLC的。
除了接地措施外，在电缆的设计选择和敷设施工中，应注意采取一些抗干扰措施：
1、模拟量信号属于小信号，极易受到外界干扰的影响，应选用双层屏蔽电缆；2、高速脉冲信号(如脉冲传感器、计数码盘等)应选用屏蔽电缆，既防止外来的干扰，也防止高速脉冲信号对低电平信号的干扰；3、PLC之间的通信电缆频率较高，一般应选用厂家提供的电缆，在要求不高的情况下，可以选用带屏蔽的双绞线电缆；4、模拟信号线、直流信号线不能与交流信号线在同一线槽内走线；5、控制柜内引入引出的屏蔽电缆必须接地，应不经过接线端子直接与设备相连；6、交流信号、直流信号和模拟信号不能共用一根电缆，动力电缆应与信号电缆分开敷设。7、在现场维护时，解决干扰的方法有：对受干扰的线路采用屏蔽线缆，重新敷设;在程序中加入抗干扰滤波代码。
六、标记输入输出，方便检修
PLC控制着一个复杂系统，所能看到的是上下两排错开的输入输出继电器接线端子、对应的指示灯及PLC编号，就像一块有数十只脚的集成电路。
任何一个人如果不看原理图来检修故障设备，会束手无策，查找故障的速度会特别慢。
这种情况，根据电气原理图绘制一张表格，贴在设备的控制台或控制柜上，标明每个PLC输入输出端子编号与之相对应的电器符号，中文名称，即类似集成电路各管脚的功能说明。
有了这张输入输出表格，对于了解操作过程或熟悉本设备梯形图的电工就可以展开检修了。但对于那些对操作过程不熟悉，不会看梯形图的电工来说，就需要再绘制一张表格：PLC输入输出逻辑功能表。
用表来实际说明大部分操作过程中输入回路(触发元件、关联元件)和输出回路(执行元件)的逻辑对应关系。实践证明，如果能熟练利用输入输出对应表及输入输出逻辑功能表，检修电气故障，不带图纸，也能轻松自如。
七、通过程序逻辑推断故障
现在工业上经常使用的PLC种类繁多，对于低端的PLC而言，梯形图指令大同小异，对于中高端机，如S7-300，许多程序是用语言表编的。
实用的梯形图必须有中文符号注解，否则阅读很困难，看梯形图前如能大概了解设备工艺或操作过程，看起来比较容易。
若进行电气故障分析，一般是应用反查法或称反推法，即根据输入输出对应表，从故障点找到对应PLC的输出继电器，开始反查满足其动作的逻辑关系。
经验表明，查到一处问题，故障基本可以排除，因为设备同时发生两起及两起以上的故障点是不多的。
八、充分合理利用软、硬件资源
1、不参与控制循环或在循环前已经投入的指令可不接入PLC;2、多重指令控制一个任务时，可先在PLC外部将它们并联后再接入一个输入点;3、尽量利用PLC内部功能软元件，充分调用中间状态，使程序具有完整连贯性，易于开发，同时也减少硬件投入，降低了成本;4、条件允许的情况下最好独立每一路输出，便于控制和检查，也保护其它输出回路;当一个输出点出现故障时只会导致相应输出回路失控;5、输出若为正/反向控制的负载，不仅要从PLC内部程序上联锁，并且要在PLC外部采取措施，防止负载在两方向动作;6、PLC紧急停止应使用外部开关切断，以确保安全。
九、其他注意事项
1、不要将交流电源线接到输入端子上，以免烧坏PLC;2、接地端子应独立接地，不与其它设备接地端串联，接地线截面积不小于2mm²；3、辅助电源功率较小，只能带动小功率的设备(光电传感器等)；4、一些PLC有一定数量的占有点数(即空地址接线端子)，不要将线接上；5、当PLC输出电路中没有保护时，应在外部电路中串联使用熔断器等保护装置，防止负载短路造成损坏。