電子發燒友App
一般PLC的故障主要是由外部故障或內部錯誤造成。外部故障是由外部傳感器或執行機構故障等引發PLC產生故障，可能會使整個系統停機，甚至燒壞PLC。
而內部錯誤是PLC內部的功能性錯誤或編程錯誤造成的，可以使系統停機。S7-1500 PLC具有很強的錯誤（或稱故障）檢測和處理能力，CPU檢測到某種錯誤后，操作系統調用對應的組織塊，用戶可以在組織塊中編程，對發生的錯誤采取相應的措施。對于大多數錯誤，如果沒有給組織塊編程，出現錯誤時CPU將進入STOP模式。
1.1 引發PLC故障的外部因素
（1）外部電磁感應干擾
PLC外部存在干擾源，通過輻射或者電源線侵入PLC內部，引發PLC誤動作，或者造成PLC不能正常工作或者停機，嚴重時，甚至燒毀PLC。常見的措施如下。
①PLC周圍有接觸器等感性負載，可加沖擊電壓吸收裝置，如RC滅弧器。
②縮短輸入和輸出線的距離，并與動力線分開。
③模擬量、通信線等信號應采用屏蔽線。線路較長時，可以采用中繼方式。
④PLC的接地端子不能和動力線混用接地。
⑤PLC的輸入端可以接入濾波器，避免從輸入端引入干擾。
（2）外部環境
①對于振動大的設備，安裝電柜需要加橡膠墊等防振墊。
②潮濕、腐蝕和多塵的場合容易造成生銹、接觸不良、絕緣性能降低和短路等故障。這種情況應使用密封控制柜，有時還要采用戶外型電器等特殊電器。
③對于溫度高的場合，應加裝排風扇，過高的場合則要加裝空調。溫度過低場合則要加裝加熱器。
（3）電源異常
主要有缺相、電壓波動、停電等，這些故障多半由風、雪和雷電造成。常見措施如下。
①直接啟動電機而造成回路電壓下降，PLC回路應盡量與其分離。
②PLC的供電回路采用獨立的供電回路。
③選用UPS供電電源，提高供電可靠性和供電質量。
（4）雷擊、感應電
雷擊、感應電形成的沖擊電壓有時也會造成PLC損毀。常見措施如下。
①在PLC的輸入端加壓敏電阻等吸收元件。
②加裝浪涌吸收器或者氧化鋅避雷器。
1.2 PLC的故障類型和故障信息
（1）PLC故障類型
PLC控制系統的硬件包括電源模塊、I/O模塊、現場輸入/輸出元器件，以及一些導線、接線端子和接線盒。
PLC控制系統的故障是PLC故障和外圍故障的總和。外圍故障也會造成PLC故障。PLC控制系統的故障也可分為軟件故障和硬件故障，其中硬件故障占80%。
PLC控制系統的故障分布如下：
CPU模塊故障占5%；
單元故障占15%；
系統布線故障占5%；
輸出設備故障占30%；
輸入設備故障占45%；
控制系統故障中，20%是由惡劣環境造成，80%是由用戶使用不當造成的。
（2）PLC控制系統故障的分布與分層
PLC的外設故障占95%，外設故障主要是繼電器、接觸器、接近開關、閥門、安全保護、接線盒、接線端子、螺紋連接、傳感器、電源、電線和地線等。
PLC自身故障占5%，其中90%為I/O模塊的故障，僅有10%是CPU模塊的故障。首先將故障分為三個層次，第一層（是外部還是內部故障），第二層（是I/O模塊還是控制器內部），第三層（是軟件還是硬件故障）。
①第一層 利用PLC輸入、輸出LED燈判斷是否為第一層故障。
②第二層 利用上位監控系統判斷第二層次的故障，例如：I0.0是輸入，顯示為ON，Q0.0顯示為ON，表示輸入和輸出都有信號，但PLC無輸出，則判斷PLC的外圍有故障。
③第三層 例如清空PLC中的程序，下載一個最簡單的程序到PLC中，如PLC正常運行，則大致判斷PLC正常。
（3）PLC控制系統最易發生故障的部分
①電源和通信系統 PLC的電源是連續工作的，電壓和電流的波動造成沖擊是不可避免的，據IBM統計大約有70%以上的故障，歸根結底源自工作電源。
外部的干擾是造成通信故障的主要原因，此外經常插拔模塊，印刷電路板的老化和各種環境因素都會影響內部總線通信。
②PLC的I/O端口 I/O模塊的損壞是PLC控制系統中較為常見的，減少I/O模塊的損壞首先要正確設計外部電路，不可隨意減少外部保護設備，其次對外部干擾因素進行有效隔離。
③現場設備 現場設備的故障比較復雜，不在本書講解范圍。
1.3 PLC故障診斷方法
（1）PLC故障的分析方法
通常全局性的故障一般會在上位機上顯示多處元件不正常，這通常是CPU、存儲器、通信模塊和公共電源等發生故障。PLC故障分析方法如下。
①根據上位機的故障信息查找，準確而且及時。
②根據動作順序診斷故障，比較正常和不正常動作順序，分析和發現可疑點。
③根據PLC的輸入/輸出口狀態診斷故障。如果是PLC自身故障，則不必查看程序即可查詢到故障。
④通過程序查找故障。
（2）電源故障的分析方法
PLC的電源為DC24V，范圍是24V±5%，而電源是AC220V，范圍是220V±10%。
當主機接上電源，指示燈不亮，可能的原因有：如拔出+24V端子，指示燈亮，表明DC負載過大，這種情況，不要使用內部24V電源；如拔出+24V端子，指示燈不亮，則可能熔體已經燒毀，或者內部有斷開的地方。
當主機接上電源，指示燈POWER閃亮，則說明+24V和COM短路了。
BATF燈亮表明鋰電池壽命結束，要盡快更換電池。
（3）PLC電源的抗干擾
PLC電源的抗干擾處理的方法如下。
①把控制器、I/O電源和其他設備電源分別用不同的隔離變壓器供電會更好。
圖1 PLC電源的抗干擾
②控制器的CPU用一個開關電源，外部負載用一個開關電源。
PLC電源的抗干擾處理的典型例子如圖1所示。
1.4 PLC外部故障診斷方法
（1）輸入給PLC信號出錯的原因
①信號線的短路或者斷路，主要原因是老化、拉扯、壓砸線路和振動。
②機械觸頭抖動。機械抖動壓下一次，PLC可能認為抖動了幾次，硬件雖然加了濾波或者軟件增加了微分，但由于PLC掃描周期短，仍然會影響計數、移位等。
③現場傳感器、繼電器等損壞。
（2）執行機構出錯的可能原因
①輸出負載沒有可靠工作，如PLC已經發出信號，但繼電器沒有工作。
②PLC自身故障，因此負載不動作。
③電動閥該動作沒動作，或者沒到位。
（3）PLC控制系統布線抗干擾措施
1）電源的接線和接地
①電源隔離器兩端盡量采用雙絞線，或者屏蔽電纜；電源線和I/O線要盡量分開布置。
②交流和直流線要分別使用不同的電纜，分開捆扎，最好分槽走線。
③共同接地是傳播干擾的常見措施。應將動力線的接地和控制接地分開，動力線的接地應接在地線上，PLC的接地接在機柜殼體上。要保證PLC控制系統的接地線和動力線的屏蔽線盡量等電位。
2）輸入和輸出布線。PLC的輸入線指外部傳感器、按鈕等與PLC的輸入接口的接線。開關量信號一般采用普通電纜，如距離較遠則要采用屏蔽電纜。高速信號和模擬量信號應采用屏蔽電纜。不同的信號線，最好不要共用同一接插件，以減少相互干擾。
3）盡量減少配線回路的距離。輸入和輸出信號電纜穿入專用的電纜管，或者獨立的線槽中敷設。當信號距離較遠時，如300m，可以采用中間繼電器轉接信號。通常布線要注意以下幾點。
①輸入線的長度一般不長于30m。良好的工作環境，距離可以適當加長。
②輸入線和輸出線不能使用同一電纜，應分開走線，開關量和模擬量要分開敷設。
③輸入和輸出回路配線時，如使用多股線，則必須壓接線端子，多股線與PLC端子直接壓接時，容易產生火花。
（4）外部故障的排除方法詳細說明和處理
PLC有很強的自診斷能力，當PLC自身故障或外圍設備發生故障，都可用PLC上具有診斷指示功能的發光二極管的亮滅來診斷。
①故障查找 根據總體檢查流程圖找出故障點的大方向，逐漸細化，以找出具體故障，如圖2所示。
圖2 總體檢查流程
②故障的處理 不同故障產生的原因不同，它們也有不同的處理方法，CPU裝置、I/O擴展裝置故障處理見表12-1。
表1 CPU裝置、I/O擴展裝置故障處理
輸入單元故障處理見表2。
表2 輸入單元故障處理
輸出單元故障處理見表3。
表3 輸出單元故障處理
1.5 S7-1500 PLC診斷簡介
S7-1500 PLC的故障診斷功能相較于S7-300/400 PLC而言，更加強大，其系統診斷功能集成在操作系統中，使用者甚至不需要編寫程序就可很方便地診斷出系統故障。
（1）S7-1500 PLC的系統故障診斷原理
圖3 系統故障診斷原理
S7-1500 PLC的系統故障診斷原理如圖3所示，一共分為五個步驟，具體如下。
①當設備發生故障時，識別及診斷事件發送到CPU。
②CPU的操作系統分析錯誤信息，并調用診斷功能。
③操作系統的診斷功能自動生成報警，并將報警發送至HMI（人機界面）、PC（如安裝WinCC）和WebServer等。
④在HMI中，自動匹配報警文本到診斷事件。
⑤報警信息顯示在報警控件中，便于使用者診斷故障。
（2）S7-1500 PLC系統診斷的優勢
①系統診斷是PLC操作系統的一部分，無需額外編輯。
②無需外部資源。
③操作系統已經預定義報警文本，減少了設計者編輯工作量。
④無需大量測試。
⑤錯誤最小化，降低了開發成本。
（3）S7-1500 PLC故障診斷的方法
S7-1500 PLC故障診斷的方法很多，歸納有如下幾種。
①通過模塊或通道的LED燈診斷故障。
②通過TIA博途軟件PG/PC診斷故障。
③通過PLC系統的診斷功能診斷故障。
④通過PLC的Web服務器診斷故障。
⑤通過PLC的顯示屏診斷故障。
⑥通過用戶程序診斷故障。
⑦通過自帶診斷功能的模塊診斷故障。
⑧通過HMI或者上位機軟件診斷故障。
實際工程應用中是以上一種或者幾種方法組合應用。
編輯：黃飛
工商網監
評論