0 引言

　　PLC 控制系統(tǒng)是以 PLC 為控制核心， 系統(tǒng)中除PLC 外， 還有與 PLC 端子連接的輸入輸出設(shè)備。 PLC控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中由于各種原因不可避免地要出現(xiàn)各種各樣的故障。 深入理解故障的特點(diǎn)，迅速準(zhǔn)確地的排除故障，是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提，也是提高系統(tǒng)運(yùn)行性能的關(guān)鍵。

1 PLC 控制系統(tǒng)故障特性

　　PLC 控制系統(tǒng)的故障特性如圖 1 所示，分為早期故障期、偶發(fā)故障期和損耗故障期 3 個(gè)階段，具有“浴盆特性”， 即在系統(tǒng)投運(yùn)早期故障最多且不斷減少，在系統(tǒng)運(yùn)行的絕大部分時(shí)間內(nèi)故障基本上是偶然發(fā)生的，數(shù)量有限，而在系統(tǒng)的損耗故障期則故障又出現(xiàn)上升趨勢(shì)。

圖1 PLC控制系統(tǒng)的故障率曲線(xiàn)

　　在早期故障期，故障率從一個(gè)很高的指標(biāo)迅速下降，可理解為系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試后，存在一些設(shè)計(jì)缺陷、部分器件質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題，系統(tǒng)投入使用的初期，這些缺陷或不穩(wěn)定就很快顯露出來(lái)。 隨著時(shí)間的增加、缺陷的不斷改進(jìn)完善，這些故障越來(lái)越少，出現(xiàn)故障率迅速下降的趨勢(shì)。

　　在偶發(fā)故障期，故障發(fā)生是隨機(jī)的，故障率最低，而且穩(wěn)定，這是系統(tǒng)的正常工作期或最佳狀態(tài)期。 在此間發(fā)生的故障多是使用不當(dāng)及維修不力造成的，可以通過(guò)改進(jìn)管理和維護(hù)保養(yǎng)等方面使故障率降到最低。

　　在損耗故障期，由于系統(tǒng)中的器件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的工作，趨于老化，慢慢接近壽命終點(diǎn)，隨著時(shí)間的增加，達(dá)到壽命終點(diǎn)的器件越來(lái)越多，故障率隨之上升。

2 PLC 控制系統(tǒng)的故障分布

　　依據(jù)PLC 控制系統(tǒng)的組成， 其故障分為兩個(gè)方面：PLC 本身的故障；PLC 以外輸入輸出設(shè)備的故障。其故障具體分布情況如圖 2 所示。

圖2 PLC控制系統(tǒng)故障分布情況

　　2.1 PLC 故障

　　在 PLC 控制系統(tǒng)中，PLC 故障僅占系統(tǒng)總故障的10%左右，其故障率遠(yuǎn)低于輸入輸出設(shè)備。 在 PLC 故障中，接口故障占 90％左右，電源故障占 8％左右，中央處理單元故障僅占 2%左右。

　　2.2 輸入輸出設(shè)備故障

　　PLC 控制系統(tǒng)中，輸入輸出設(shè)備故障占系統(tǒng)總故障的 90%左右，是系統(tǒng)故障的主要來(lái)源。 對(duì)于輸入設(shè)備，故障主要反映在主令開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)和各種類(lèi)型的傳感器中；對(duì)于輸出設(shè)備，故障主要集中在接觸器、電磁閥等控制執(zhí)行器件上。

3 PLC 控制系統(tǒng)的故障診斷

　　PLC 控制系統(tǒng)的故障診斷主要從 3 個(gè)方面入手：PLC 指示燈、輸入輸出設(shè)備、控制系統(tǒng)軟件。

　　3.1 PLC 指示燈診斷

　　PLC 指示燈診斷主要從其面板指示燈進(jìn)行，包括CPU 狀態(tài)指示燈和輸入輸出狀態(tài)指示燈， 以西門(mén)子S7-200（CPU22X）為例，其外形圖如圖 3 所示。

圖3 S7-200外形圖

　　3.1.1 CPU 狀態(tài)指示燈

　?。?）通電后 STOP 或 RUN 燈 應(yīng)亮 ，若不亮則說(shuō)明

　　電源出現(xiàn)問(wèn)題。 需要檢查電源本身是否有電，若有電再檢查電源接線(xiàn)，若電源接線(xiàn)也無(wú)問(wèn)題，那就可以斷定 PLC 內(nèi)部電源出現(xiàn)問(wèn)題， 可拆卸后對(duì)電源進(jìn)行處理。

　　（2） 通 電后 SF 燈 亮 ， 切換擴(kuò)展端口內(nèi)的 STOP/RUN 開(kāi)關(guān)也不能恢復(fù)正常，說(shuō)明系統(tǒng)出現(xiàn)故障。 系統(tǒng)故障主要有電磁干擾、永久存儲(chǔ)器失效及看門(mén)狗超時(shí)等內(nèi)部故障。 對(duì)內(nèi)部故障可通過(guò)編程軟件讀取錯(cuò)誤代碼，清除致命錯(cuò)誤來(lái)解決；對(duì)電磁干擾引起的系統(tǒng)故障，可通過(guò)檢查電路的敷設(shè)情況以及高低壓信號(hào)的分離等途徑來(lái)解決。

　　3.1.2 輸入輸出狀態(tài)指示燈

　　輸入輸出狀態(tài)指示燈反映了輸入輸出接口電路的工作情況。 通常信號(hào)輸入時(shí)，輸入狀態(tài)指示燈亮；信號(hào)輸出時(shí)，輸出狀態(tài)指示燈亮。 如果輸入信號(hào)已輸入，而輸入指示燈不亮， 則說(shuō)明輸入接口電路出現(xiàn)故障，大多數(shù)是輸入電流過(guò)大損壞輸入接口。 對(duì)輸出指示燈不亮的情況，可通過(guò)監(jiān)控軟件來(lái)進(jìn)一步確定，若監(jiān)控軟件中輸出的點(diǎn)已接通，而輸出端子對(duì)應(yīng)的指示燈不亮，則說(shuō)明該輸出點(diǎn)已損壞。 對(duì)已損壞的 PLC 輸入輸出點(diǎn)，可拆卸修理。

　　3.2 輸入輸出設(shè)備故障診斷

　　輸入輸出設(shè)備的故障診斷通常也是通過(guò) PLC 的輸入輸出狀態(tài)指示燈來(lái)判定的。 PLC 本身及指示燈正常，而實(shí)際設(shè)備工作不正常，則其故障一定發(fā)生在與PLC 接線(xiàn)端子相對(duì)應(yīng)的外圍輸入輸出設(shè)備或連接線(xiàn)上。

　　3.2.1 輸入設(shè)備故障診斷

　　PLC 的輸入指示燈本身正常，而系統(tǒng)不能正常工作，應(yīng)以信號(hào)傳遞順序依次檢查故障源。 首先檢查電路連接是否正常，即端子接線(xiàn)是否松動(dòng)、電路有無(wú)斷線(xiàn)等情況，若正常則進(jìn)一步檢查輸入器件本身是否損壞。 對(duì)接近開(kāi)關(guān)、傳感器等一些有源器件，由于接線(xiàn)較多還須檢查接線(xiàn)的正確性與絕緣性能。

　　3.2.2 輸出設(shè)備故障診斷

　　PLC 的輸出指示燈本身正常，而系統(tǒng)輸出不能正常工作，則可以肯定故障發(fā)生在輸出設(shè)備回路。 輸出回路的故障常常是接線(xiàn)不良、 器件老化損壞等問(wèn)題?？蓴嚅_(kāi)器件的接線(xiàn)，直接加電至器件進(jìn)行試驗(yàn)。 若器件損壞，更換器件；若器件正常，故障出在電路連接上。

　　3.3 控制系統(tǒng)軟件故障診斷

　　利用 PLC 的軟件資源， 進(jìn)行早期事故診斷及報(bào)警有著非常重要的意義。 使用觸摸屏及組態(tài)軟件，在不增加 PLC 輸出點(diǎn)數(shù)的情況下就能方便地顯示故障出處， 使技術(shù)人員可據(jù)其顯示內(nèi)容方便地查找故障點(diǎn)。

　　3.3.1 故障顯示的實(shí)現(xiàn)

　　在觸摸屏或組態(tài)軟件的用戶(hù)窗口， 創(chuàng)建故障報(bào)警人機(jī)對(duì)話(huà)界面。 在這一界面中，利用軟件提供的各種顯示工具，設(shè)計(jì)所需顯示的故障報(bào)警方式。 每種故障報(bào)警方式對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象，將所需要顯示的輸入輸出點(diǎn)與數(shù)據(jù)對(duì)象連接起來(lái)，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)即可通過(guò)這一報(bào)警方式將出現(xiàn)故障的輸入輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示出來(lái)。

　　3.3.2 故障報(bào)警

　　（1）通用故障報(bào)警。當(dāng)變量超出限定值時(shí)， 故障報(bào)警裝置發(fā)出聲響，操作人員根據(jù)信號(hào)燈的提示很容易識(shí)別出相應(yīng)的變量已超限，確認(rèn)了該故障報(bào)警后，信號(hào)燈通常由閃亮CPU 狀態(tài)指示燈輸出狀態(tài)指示燈輸出接線(xiàn)端子擴(kuò)展端口輸入狀態(tài)指示燈輸入接線(xiàn)端子通信端口HMI及 PLC控制系統(tǒng)變?yōu)槌Ａ粒曧憟?bào)警消除。 操作人員排除了故障，變量恢復(fù)到正常范圍內(nèi)時(shí)，常亮信號(hào)燈熄滅，表示系統(tǒng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。

　?。?）首發(fā)故障報(bào)警。通用故障報(bào)警控制，可以用于多個(gè)變量的報(bào)警控制，但當(dāng)其多個(gè)故障信號(hào)接近同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，故障報(bào)警裝置不能確定誰(shuí)是首發(fā)信號(hào)源。 首發(fā)故障報(bào)警使操作人員能在第一時(shí)間將首發(fā)故障源分辨出來(lái)。