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PLC系统故障分类和故障诊断

2017-06-14 浏览次数: 来源:

 

1 绪论 4

1.1 PLC的历史及发展 4

1.2 PLC的功能与应用 4

1.3 PLC的基本工作原理 5

2 PLC控制系统的组成 6

3 PLC控制系统故障类型 7

3.1 外部设备故障 7

3.2 系统故障 7

3.3 硬件故障 7

3.4 软件故障 7

4 PLC控制系统的故障自诊断 8

4.1 PLC的自诊断测试 8

4.2 PLC控制系统的故障自诊断 8

5 PLC控制系统故障分布和分层排除 9

5.1 第一层故障 10

5.2 第二层故障 10

5.3 第三层故障 10

6 PLC的日常维护 11

6.1 定期检查 11

6.2 更换锂电池和继电器 11

7 结束语 12

参考文献 13

 

 

3 PLC控制系统故障类型

3.1 外部设备故障 

外部设备就是与实际过程直接联系的各种开关、传感器、执行机构、负载等。这部分设备发生故障,直接影响系统的控制功能。

3.2 系统故障 

这是影响系统运行的全局性故障。系统故障可分为固定性故障和偶然性故障。

故障发生后,可重新启动使系统恢复正常,则可认为是偶然性故障。重新启动不能恢复而需要更换硬件或软件,系统才能恢复正常,则可认为是固定故障。

3.3 硬件故障 

这类故障主要指系统中的模板(特别是I/O模板)损坏而造成的故障。这类故障一般比较明显,影响局部。

3.4 软件故障 

软件本身所包含的错误,主要是软件设计考虑不周,在执行中一旦条件满足就会引发。在实际工程应用中,由于软件工作复杂、工作量大,因此软件错误几乎难以避免。

对于可编程控制器组成的控制系统而言,绝大部分故障属于上述四类故障。根据这一故障分类,可以帮助分析故障发生的部位和产生的原因。

4 PLC控制系统的故障自诊断

4.1 PLC的自诊断测试 

可编程序控制器具有极强的自诊断测试功能,在系统发生故障时要充分利用这一功能。在进行自诊断测试时,都要使用诊断调试工具,也就是编程器。 利用系统功能进行诊断测试。

利用可编程控制器本身所具有的各种功能,自行编制软件、采取一定措施、结合具体分析确定故障原因。

用户通过程序可以编辑组织块,来告诉CPU当出现故障时应如何处理, 如果相应的故障组织块OB没有编程,当出现该故障时,CPU转到“STOP”状态。

4.2 PLC控制系统的故障自诊断

任何PLC都具有自诊断功能,当PLC异常时应该充分利用其自诊断功能以分析故障原因。一般当PLC发生异常时,首先请检查电源电压、PLC及I/O端子的螺丝和接插件是否松动,以及有无其他异常。然后再根据PLC基本单元上设置的各种LED的指示灯状况,以检查PLC自身和外部有无异常。 

    下面以FX系列PLC为例,来说明根据LED指示灯状况以诊断PLC故障原因的方法。

4.2.1 电源指示([POWER]LED指示) 

    当向PLC基本单元供电时,基本单元表面上设置的[POWER]LED指示灯会亮。如果电源合上但[POWER]LED指示灯不亮,请确认电源接线。另外,若同一电源有驱动传感器等时,请确认有无负载短路或过电流。若不是上述原因,则可能是PLC内混入导电性异物或其他异常情况,使基本单元内的保险丝熔断,此时可通过更换保险丝来解决。
4.2.2 出错指示([EPROR]LED闪烁)

    当程序语法错误(如忘记设定定时器或计数器的常数等),或有异常噪音、导电性异物混入等原因而引起程序内存的内容变化时,[EPROR]LED会闪烁,PLC处于STOP状态,同时输出全部变为OFF。在这种情况下,应检查程序是否有错,检查有无导电性异物混入和高强度噪音源。 

4.2.3 出错指示([EPROR]LED灯亮) 

    由于PLC内部混入导电性异物或受外部异常噪音的影响,导致CPU失控或运算周期超过200ms,则WDT出错,[EPROR]LED灯亮,PLC处于STOP,同时输出全部都变为OFF。此时可进行断电复位,若PLC恢复正常,请检查一下有无异常噪音发生源和导电性异物混入的情况。另外,请检查PLC的接地是否符合要求。
    检查过程如果出现[EPROR]LED灯亮→闪烁的变化,请进行程序检查。如果[EPROR]LED依然一直保持灯亮状态时,请确认一下程序运算周期是否过长(监视D8012可知最大扫描时间)。

    如果进行了全部的检查之后,[EPROR]LED 的灯亮状态仍不能解除,应考虑PLC内部发生了某种故障,请与厂商联系。
4.2.4 输入指示 

    不管输入单元的LED灯亮还是灭,请检查输入信号开关是否确实在ON或OFF状态。如果输入开关的额定电流容量过大或由于油侵入等原因,容易产生接触不良。当输入开关与LED灯亮用电阻并联时,即使输入开关OFF但并联电路仍导通,仍可对PLC进行输入。如果使用光传感器等输入设备,由于发光/受光部位粘有污垢等,引起灵敏度变化,有可能不能完全进入“ON”状态。在比PLC运算周期短的时间内,不能接收到ON和OFF的输入。如果在输入端子上外加不同的电压时,会损坏输入回路。 
4.2.5输出指示 

    不管输出单元的LED灯亮还是灭,如果负载不能进行ON或OFF时,主要是由于过载、负载短路或容量性负载的冲击电流等,引起继电器输出接点粘合,或接点接触面不好导致接触不良。

 

5 PLC控制系统故障分布和分层排除

PLC控制系统大多数故障95%在外设,仅有5%发生在PLC本身。故维修系统的注意力应该首先集中在外部设备而在5%的PLC故障中,控制器内的故障只占10%,90%发生在I/O模板中。

    故障发生时,首先定位故障发生在PLC内部还是外部(第一层);是在I/O回路还是在控制器内部(第二层);是PLC硬件故障还是软件故障(第三层)

5.1 第一层故障 

利用PLC输入、输出指示灯判断第一层故障。指示灯亮与否是一个有效而又直观的检查和发现故障的手段。
     外设故障一般发生在继电器、接触器;阀门、闸板;开关、限位开关、安全保护、就地和远控转换开关;接线盒、接线端子、螺栓螺母处;传感器、仪表;电源、地线和信号线的噪音等等,排除比较容易。

5.2 第二层故障

   利用上位监控系统(monitor)功能判断第二层故障。

   利用上位监控机在线监控状态,通过梯形图进行监控。如软触点显示不同的颜色代表不同的状态。查找输入元件Xo,若为on表明输入信号已送入第二层控制器,然后查找输出元件Yo,若其状态为on表明输出信号已在控制器内的寄存器中形成。如果输入输出的某端口坏了,可以利用冗余端口,将程序稍作改动,就可以恢复正常运行。

5.3 第三层故障

     通过故障现象分析诊断PLC第三层故障。

控制器内部电路实际上是一个单片机或单片机系统。若应用程序有误(如删改)可以重新输入备份程序。若不正常,可以编制一个简单的试验程序插入原程序之前,单独运行。如果所有分路都有故障,则故障可能在编码控制单元,应仔细检查相关电路及元件,必要时替换之;如果仅仅是某一组分路都有故障,则可能是某一块锁存器芯片已损坏;更换之。判断控制器内CPU是否出现故障,可以将CPU主板中锉电池取出,用短接线在CPU与电池正、负极连接处短接放电,从而用户程序消失,然后再接好铿电池。再通过编程器,将一个仅有一个语句的用户软件传输到CPU,这个程序仅有一个,“END”语句。断开所有的外部I/O控制与扫描、通信等,对CPU进行冷态启动,如果冷态启动仍然失败,只能说明包括CPU在内的主机箱系统的硬件需要再检查。当冷态启动正常时,说明主机系统没有故障。这时可以通过编程器或上位机重新下载用户程序,再将硬件和软件一点点地或分片与分区地投入,去寻找故障点。
    总之,当PLC控制系统出现故障,首先定位故障点,然后借助测试工具加上逻辑推理逐层分析,最终把故障排除。

 

6 PLC的日常维护

6.1 定期检查

    为了使PLC连续工作在最佳状态, 周期性检查是很必要的. 因为PLC的主要部件是半导体器件, 而且是长期运行, 所以工作环境将对其产生影响, 有时会造成损坏. 检查内容如下:

6.1.1 供电电源
   ·供电电压是否为额定电压
   ·供电频率是否为额定频率
6.1.2 运行环境
    温度, 湿度, 振动, 粉尘等是否符合要求.
6.1.3 安装
   ·接地电阻是否符合要求, 应定期(一般为一年一至两次)摇测
   ·安装是否牢固, 应定期(一般为一年一至两次)紧固
   ·各接线是否接触良好, 接线螺丝必须上紧, 外观不能有异常 

6.2 更换锂电池和继电器

锂电池和继电器更换PLC中的锂电池和继电器输出型的触点为损耗性器件, 使用较长时间后, 需视情况更换.
6.2.1 更换锂电池
    锂电池的作用是保护存放在RAM(随机存储器)中的程序和计数器中的内容. 在25, 锂电池的寿命是5年. 温度越高其寿命越短. 当电池失效时, CPU的ALARM指示灯闪烁, 此后一周内, 必须更换锂电池.
     更换步骤:
    <1>断开PLC的供电电源, 若开始PLC的电源是断开的, 则需先接通至少10s后, 再断开.
     <2>打开CPU盖板(视不同厂家的产品, 其打开方式不同, 应参照其说明书, 以免损坏设备).
    <3>在5分钟内(当然越快越好), 从支架上取下旧电池, 并装上新电池.
    <4>重新装好CPU盖板.
    <5>用编程器清除ALARM.
6.2.2 更换继电器
    <1>断开PLC的供电电源
    <2>打开盖板
    <3>用厂家提供的专用工具, 取出损坏的继电器并装上新的.
    <4>装上盖板.

 

7 结束语

通过PLC 自身的故障诊断系统, 用户可以有针对性的进行软件、硬件处理; 用户可以通过自己的报警系统, 在系统发生故障前提示操作人员, 排除可能发生故障的因素, 这些都可以提高系统可靠性。

本文从故障诊断技术的角度对提高系统的可靠性进行分析, 但是系统的可靠性, 抗干扰能力, 自恢复、诊断能力等是一个复杂的问题, 必须综合考虑。


参考文献

[ 1 ]  刘美俊. PLC在全自动液压压砖机中的应用[ J ]. 电气传动自动化, 2001, (4).

[ 2 ]  MELSEC - FX2 系列使用手册[ Z ]. 日本三菱公司,1997.

[ 3 ]  武自芳,等. 微机控制系统及其应用[M ]. 西安:西安交通大学出版社, 1998.

[ 4 ]  FX系列编程手册(合并版) [ Z]. 日本三菱公司, 1997.

[ 5 ]   王兆义. 可编程序控制器教程[M ]. 北京:机械工业出版社, 1992.


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