PLC故障和干扰分析及处理方法
文：黄海燕
摘要：本文介绍了常用的PLC故障和干扰分析方法，及故障检查流程，简洁明了，值得PLC工程师参考。
一、故障和干扰分析的方法
可编程控制器系统的故障分为内部故障和外部故障。内部故障包括硬件和软件故障。硬件故障是可编程控制器系统各组成部件的故障、通信故等。软件故障是程序错误。外部故障主要指外部设备的故障,例如接近开关、执行元件等造成的故障。
干扰分析的目的是根据干扰引起的原因,选用合适的抗干扰措施。
（一）故障分析法故障的基本分析方法如下：
1.测量检查法。它是釆用对设备的机、电、液等部分进行性能测量检查,判断故障发生原因的分析方法。通常测量检查的内容如下：
a.测量供给源。测量供电电源、气源和液压源的供电、供气和供液的电压、气压、液压值,及有关的性能,例如,电源的频率、电流、相序;气源的气压、流量;液压源的液压、流量等,确定它们是否符合规定。
b.检查连接。检查可编程控制器系统中各部件的电、气、液的导线、管线等是否连接正确;是否有泄漏;确定输人输出信号、通信信号等连接是否正确。
c.检查设定、设置值和调整参数值。检查各设备和部件的设定值,是否与设计的规定值一致;确定各报警、联锁信号点的设置是否与工艺要求一致;确定各控制回路调整参数是否合理和合适。
d.检测辅助设备和部件是否正常运行。确定其工作参数是否符合操作条件。
通常,通过测量检查法,可确定大多数故障的位置,为故障正确定位提供依据。
2.动作分析法。它是观察各运动部件的运动状态变化,判别其是否符合规定,从而确定其故障位置的一种故障分析方法。生产过程可分解为各自独立的工序,在每个工序中也可分为不同的步序,因此,对于用顺序功能表图编写的程序,可根据每一步对应的动作和命令确定有关设备和部件的动作。
a.根据初始步,确定初始设备和部件的初始状态。
b.根据程序的转换和转换条件,确定在实现转换时步的进展过程,检查各设备和部件的动作是如何转换的,是否符合工艺过程的操作要求。
c.在每一步进行上述检查,直到全部程序的各设备和部件动作检查完毕。
d.如果发现转换没有实现,则应检查该转换的上级步是否是活动步,转换条件是否满足,进而发现故障原因。如果发现动作和命令没有执行,则应检查该动作的执行条件是否满足,进而发现造成故障的原因。最后,根据故障的性质和原因,进行故障处理,并排除故障。
3.动态检测法。它是用上位机检查程序执行过程中各变量的变化情况,从而确定故障位置,并分析造成故障原因的一种检查方法。
4.状态灯检查法
a.信号状态灯。它利用可编程控制器各输入输出状态信号灯来检查各输入输出信号的状态。通常,数字量输入状态信号灯点亮表示该数字量输入信号状态为1,数字量输出状态信号灯点亮说明该数字量输出信号的状态为1等。
b.电源信号灯。电源信号灯点亮表示电源模块运行正常。对有备用电源的系统,其备用电源信号灯点亮说明备用电源正常。
c.通信信号灯。通信信号灯点亮(一些PIC是闪烁)表示数据通信正常。
d.错误信号灯。通常,可编程控制器用硬件自诊断程序对其硬件进行诊断,当诊断结果是错误时,对应模块的错误信号灯点亮。一些可编程控制器还提供错误代码用于说明错误的原因,便于维护人员的故障定位。
5.存储器检查法。它与动态检测法类似,是采用编程器对程序中有关变量的内容进行检测的一种检查方法。此外,它也检查运行中出现的错误,例如,除以零的运算、运算结果超出该数据类型允许的范围、数据类型不匹配等,它们有专用的存储器可进行检查。通常提供错误代码,供维护人员对故障进行定位。
6.单步运转检查法。程序运行可按步执行,当发现某步不能执行时,检查其执行条件,发现问题,并处理。该检查方法一般不用于复杂程序的检查。
（二）干扰分析法
1.干扰分析。干扰分析比故障分析困难。主要提供示波器检测和识别。于扰源有共模电压、差模电压和接地回路引入,因此,干扰分析检测主要是检测信号的共模电压、差模电压和接地电流等。
根据对可编程控制器模拟检测的方法,可用不同的共模电压、差模电压添加到对应的线路中,检测其对应输人输出电压、波形的变化,确定其影响程度。
2.抗干扰措施。采用滤波、隔离、屏蔽和接地等措施来抗干扰。常用的抗干扰措施如下：
a交流输出和直流输出的电缆应分开敷设,输出电缆应远离动力电缆、高压电缆和高压设备。应采用分别穿管配线敷设,或采用电缆沟配线敷设方式。
b.输人接线的长度不宜过长,一般不大于30m。接线应采用双绞线连接。输人线路的距离较长时,可采用中间继电器进行信号转换和隔离;当采用远程输入输出单元时,线路距离不应超过200m;当采用现场总线连接时,线路距离可达2000m输入和输出接线的电缆应分开设置,必要时可在现场分别设置接线箱。输入接线的公用端COM与输出接点的公用端COM不能接在一起。
d.集成电路或晶体管设备的输入信号接线必须采用屏蔽电缆,屏蔽层的接地端应单端接地,接地点宜设置在可编程控制器侧。对有本安要求的输人信号,应在输入信号的现场侧设置安全栅,当输入信号点的容量不能满足负荷要求或需要信号隔离时,应设置继电器。
e.集成电路或晶体管设备的输出信号接线也应釆用屏蔽电缆,屏蔽层的接地端宜在可编程控制器侧。有公用输出端的可编程控制器,应根据输出电压等级分别连接。
f.对交流噪声,可在负荷线圈两端并联RC吸收电路,RC吸收电路应尽可能靠近负荷侧。对直流噪声,可在负荷线圈两端并联二极管,同样,它应尽可能靠近负荷侧。
g.模拟信号线的屏蔽层应一端接地。数字信号线的屏蔽层应并联电位均衡线,其电阻应小于屏蔽线电阻的0.1倍,并将屏蔽层的两端接地。在无法设置电位均衡线或为抑制低频
干扰,也可采用一端接地
h.多个可编程控制器组成的控制系统,宜采用同一电源供电。可编程控制器的供电应与动力供电和控制电路供电分开,必要时可采用带屏蔽的隔离变压器供电、串联LC滤波电路、不间断电源或晶体管开关电源等。
i.输出接线分为独立输出和公用输出两类。公用输出是几组输出合用一个公用输出端,它的另一个输出端分别连接各自的输出。同一公用输出组的各组输出有相同的电压,因此,设计时应按输出信号供电电压对输出信号进行分类。输出接点串联连接在控制线路中间的场合,应注意公用输岀端可能造成控制线路的部分短路,为此,应在设计时防止这类出错的发生。对于有公用输出端的可编程控制器,应根据输出电压等级分别连接。不同电压等级的公用端不宜连接在一起。
j.电缆槽、连接的电缆保护管应每隔30m用接地连接线与就近已接地点相连。
二、故障检查流程
1.编程故障的检查流程
a.编程器不能正常连接。可按图“编程器无法连接检查流程图”所示检查流程进行检查,确定故障原因并作相应处理。
b.程序无法写入。程序无法写入可能与PIC工作方式、程序保护开关、程序密码设置等因素有关。可按图“程序无法写入检查流程图”所示检查流程进行检查,确定故障原因并作相应处理
c.CPU不能正确引导操作。一些大中型PIC在调试前出现某些报警时需存储器卡对PIC实施引导操作,才能使PLC正常工作。当PIC不能正确引导操作时,可按“CPU不能正确引导操作检查流程图”所示检查流程进行检查,确定故障原因并作相应处理。
d.系统配置出错。部分大中型PIC,如果PLC自诊断系统检测到硬件配置错误或总线连接、通信错误等,PIC将发出“系统校验出错”、“总线出错”等报警信息。
系统校验出错通常与PIC模块的安装与连接有关,因此,应检查PIC底板或CPU安装等总线出错发生在分布式PIC系统与PIC网络控制系统。它与模块安装、总线连接、从站配置等因素有关。
这类错误可通过编程器检查PIC内部的特殊存储器、寄存器状态来确认。也可检查各模块安装是否与说明书规定一致,连接电缆连接是否正确和连接良好,底板是否连接良好等来判别。
2.硬件故障检查流程
a.电源指示灯不亮。一般供电电源连接并上电后,该电源状态灯点亮。因此,该状态灯不亮说明PLC供电未建立。按“电源指示灯不亮检查流程图”所示检查流程进行检查,确定故障原因并作相应处理。必要时与供应商联系修理或更换。
b.模块ERR灯亮或闪烁。硬件自诊断后,模块ERR灯亮或闪烁说明该模块存在问题。按“ERR灯亮或闪烁检查流程图”所示检查流程进行检查,确定故障原因并作相应处理。必要时与供应商联系修理或更换。
C.电池报警灯亮。当PLC的电池容量不足时,该指示灯(BAT或 BATT V)点亮。在大中型PIC中通常安装多个电池,当电池报警灯点亮时,需更换电池,并注意电池的规格应一致。
d.运行指示灯不亮。运行(RUN)指示灯用于指示PLC运行状态。指示灯不亮说明PLC未运行,运行灯闪烁通常表示操作不正确或通信出错,例如,未对PIC进行复位操作,直接将PIC切到RUN模式等。按图“运行（RUN）灯不亮检查流程图”所示检查流程进行检查,确定故障原因并作相应处理。必要时与供应商联系修理或更换。
e.输入状态灯不亮。检查流程不另述,故障原因分析如下。
——输入数字量检测元件是漏(汇)型,信号接触电阻太大,使驱动电流不足以驱动PIC数字输入电路;或输人存在短路,引起内部电源保护动作。
——输人数字量检测元件是源型,信号接触电阻太大,或输人电压低,使驱动电流不足以驱动PLC数字输入电路。
——输人端接触不良,或连接线连接松动,造成输入电阻过大。
——基本单元和扩展单元之间的连接电缆连接不良。
——数字量输入模块损坏,或某通道输入电路损坏。
f.输出状态灯不亮。检查流程不另述,故障原因分析如下。
——输出负载过载或短路,引起内部电源保护动作。
——基本单元和扩展单元之间的连接电缆连接不良。
——数字量输岀模块损坏,或某通道输出电路损坏。
——程序中存在双线圈现象,造成输出信号不稳。
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