【導讀】PLC技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各控制領(lǐng)域，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中，它具有其它控制器無可比擬的優(yōu)點，可靠性高、抗干擾能力強，在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境里，仍然可以十分正常地工作。作為PLC本身，它的故障發(fā)生率非常低，但對以PLC為核心的PLC控制系統(tǒng)而言，組成系統(tǒng)的其他外部元器件（如傳感器和執(zhí)行器）、外部輸入信號和軟件本身，都很可能發(fā)生故障，從而使整個系統(tǒng)發(fā)生故障，有時還會燒壞PLC，使整個系統(tǒng)癱瘓，造成極大的經(jīng)濟損失，甚至危及人的生命安全。所以技術(shù)人員必須熟悉PLC技術(shù),并能夠熟練地診斷和排除PLC在運行中的故障。
PLC控制系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的基本原理是利用PLC的邏輯或運算功能，把連續(xù)獲得的被控過程的各種狀態(tài)不斷地與所存儲的理想（或正確）狀態(tài)進行比較．發(fā)現(xiàn)它們之間的差異，并檢查差異是否在所允許的范圍內(nèi)（包括時間范圍和數(shù)值范圍）。若差異超出了該范圍，則按事先設(shè)定的方式對該差異進行譯碼，最后以簡單的、或較完善的方式給出故障信息報警。故障診斷的功能包括故障的檢測和判斷及故障的信息輸出。常見的PLC控制系統(tǒng)中，其故障的情況是多種多樣的。
PLC控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)和故障類型
PLC控制系統(tǒng)主要由輸入部分、CPU、采樣部分、輸出控制和通訊部分組成，如圖1所示。輸入部分包括控制面板和輸入模板；采樣部分包括采樣控制模板、AD轉(zhuǎn)換模板和傳感器；CPU作為系統(tǒng)的核心，完成接收數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，輸出控制信號；輸出部分有的系統(tǒng)用到DA模板，將輸出信號轉(zhuǎn)換為模擬量信號，經(jīng)過功放驅(qū)動執(zhí)行器；大多數(shù)系統(tǒng)直接將輸出信號給輸出模板，由輸出模板驅(qū)動執(zhí)行器工作；通訊部分由通訊模板和上位機組成。
因為PLC本身的故障可能性極小，系統(tǒng)的故障主要來自外圍的元部件，所以它的故障可分為如下幾種：
（1）輸入故障，即操作人員的操作失誤；
- 傳感器故障
- 執(zhí)行器故障
- LC軟件故障
這些故障，都可以用合適的故障診斷方法進行分析和用軟件進行實時監(jiān)測，對故障進行預(yù)報和處理。
PLC控制系統(tǒng)的故障診斷方法
PLC控制系統(tǒng)故障的宏觀診斷
故障的宏觀診斷就是根據(jù)經(jīng)驗，參照發(fā)生故障的環(huán)境和現(xiàn)象來確定故障的部位和原因。PLC控制系統(tǒng)的故障宏觀診斷方法如下：
是否為使用不當引起的故障，如屬于這類故障，則根據(jù)使用情況可初步判斷出故障類型、發(fā)生部位。常見的使用不當包括供電電源故障、端子接線故障、模板安裝故障、現(xiàn)場操作故障等。
如果不是使用故障，則可能是偶然性故障或系統(tǒng)運行時間較長所引發(fā)的故障。對于這類故障可按PLC的故障分布，依次檢查、判斷故障。首先檢查與實際過程相連的傳感器、檢測開關(guān)、執(zhí)行機構(gòu)和負載是否有故障：然后檢查PLC的I/O模板是否有故障：最后檢查PLC的CPU是否有故障。
在檢查PLC本身故障時，可參考PLC的CPU模板和電源模板上的指示燈。
采取上述步驟還檢查不出故障部位和原因，則可能是系統(tǒng)設(shè)計錯誤，此時要重新檢查系統(tǒng)設(shè)計，包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。
PLC控制系統(tǒng)的故障自診斷
故障自診斷是系統(tǒng)可維修性設(shè)計的重要方面，是提高系統(tǒng)可靠性必須考慮的重要問題。自診斷主要采用軟件方法判斷故障部分和原因。不同控制系統(tǒng)自診斷的內(nèi)容不同。PLC有很強的自診斷能力，當PLC出現(xiàn)自身故障或外圍設(shè)備故障，都可用PLC上具有的診斷指示功能的發(fā)光二極管的亮、滅來查找。
總體診斷
根據(jù)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。
電源故障診斷
電源燈不亮,需對供電系統(tǒng)進行診斷.如果電源燈不亮,首先檢查是否有電,如果有電,則下一步就檢查電源電壓是否合適,不合適就調(diào)整電壓,若電源電壓合適,則下一步就是檢查熔絲是否燒壞,如果燒壞就更換熔絲檢查電源,如果沒有燒壞,下一步就是檢查接線是否有誤,若接線無誤,則應(yīng)更換電源部件.
運行故障診斷
電源正常，運行指示燈不亮，說明系統(tǒng)已因某種異常而終止了正常運行。檢查流程如圖3所示.
圖3 運行故障診斷流程圖
輸入輸出故障診斷
輸人輸出是PLC與外部設(shè)備進行信息交流的通道，其是否正常工作，除了和輸入輸出單元有關(guān)外，還與聯(lián)接配線、接線端子、保險絲等元件狀態(tài)有關(guān)。
出現(xiàn)輸入故障時，首先檢查LED電源指示器是否響應(yīng)現(xiàn)場元件（如按鈕、行程開關(guān)等）。如果輸入器件被激勵（即現(xiàn)場元件已動作），而指示器不亮，則下一步就應(yīng)檢查輸入端子的端電壓是否達到正確的電壓值。若電壓值正確，則可替換輸入模塊。若一個LED邏輯指示器變暗，而且根據(jù)編程器件監(jiān)視器、處理器未識別輸入，則輸入模塊可能存在故障。如果替換的模塊并未解決問題且連接正確，則可能是I／O機架或通信電纜出了問題。
出現(xiàn)輸出故障時，首先應(yīng)察看輸出設(shè)備是否響應(yīng)LED狀態(tài)指示器。若輸出觸點通電，模塊指示器變亮，輸出設(shè)備不響應(yīng)。那么，首先應(yīng)檢查保險絲或替換模塊。若保險絲完好，替換的模塊未能解決問題，則應(yīng)檢查現(xiàn)場接線。若根據(jù)編程設(shè)備監(jiān)視器顯示一個輸出器被命令接通，但指示器關(guān)閉，則應(yīng)替換模塊。
在診斷輸入／輸出故障時，最佳方法是區(qū)分究竟是模塊自身的問題，還是現(xiàn)場連接上的問題。如果有電源指示器和邏輯指示器，模塊故障易于發(fā)現(xiàn)。通常，先是更換模塊，或測量輸入或輸出端子板兩端電壓測量值正確，模塊不響應(yīng)，則應(yīng)更換模塊。若更換后仍無效，則可能是現(xiàn)場連接出問題了。輸出設(shè)備截止，輸出端間電壓達到某一預(yù)定值，就表明現(xiàn)場連線有誤。若輸出器受激勵，且LED指示器不亮，則應(yīng)替換模塊。如果不能從I／O模塊中查出問題，則應(yīng)檢查模塊接插件是否接觸不良或未對準。最后，檢查接插件端子有無斷線，模塊端子上有無虛焊點。
指示診斷
LED狀態(tài)指示器能提供許多關(guān)于現(xiàn)場設(shè)備、連接和I／O模塊的信息。大部分輸入／輸出模塊至少有一個指示器。輸入模塊常設(shè)電源指示器，輸出模塊則常設(shè)一個邏輯指示器。
對于輸入模塊，電源LED顯示表明輸入設(shè)備處于受激勵狀態(tài)，模塊中有一信號存在。該指示器單獨使用不能表明模塊的故障。邏輯LED顯示表明輸入信號已被輸入電路的邏輯部分識別 。如果邏輯和電源指示器不能同時顯示，則表明模塊不能正確地將輸入信號傳遞給處理器。輸出模塊的邏輯指示器顯示時，表明模塊的邏輯電路已識別出從處理器來的命令并接通。除了邏輯指示器外，一些輸出模塊還有一只保險絲熔斷指示器或電源指示器，或二者兼有。保險絲熔斷指示器只表明輸出電路中的保護性保險絲的狀態(tài)；輸出電源指示器顯示時，表明電源已加在負載上。像輸入模塊的電源指示器和邏輯指示器一樣，如果不能同時顯示，表明輸出模塊就有故障了。
PLC控制系統(tǒng)的維護
日常維護
PLC的日常維護和保養(yǎng)比較簡單，主要是更換保險絲和鋰電池,?基本沒有其它易損元器件。由于存放用戶程序的隨機存儲器（RAM）、計數(shù)器和具有保持功能的輔助繼電器等均用鋰電池保護，鋰電池的壽命大約為5年，當鋰電池的電壓逐漸降低到一定程度時，PLC基本單元上電池電壓跌落到指示燈亮，提示用戶注意有鋰電池所支持的程序還可保留一周左右，必須更換電池，這是日常維護的主要內(nèi)容。
調(diào)換鋰電池的步驟為：
- 在拆裝前，應(yīng)先讓PLC通電15秒以上（這樣可使作為存儲器備用電源的電容器充電，在鋰電池斷開后，該電容可對PLC做短暫供電，以保護RAM?中的信息不丟失）；
- 斷開PLC的交流電源；
- 打開基本單元的電池蓋板；
- 取下舊電池，裝上新電池；
- 蓋上電池蓋板。
注意更換電池時間要盡量短，一般不允許超過3分鐘。如果時間過長，RAM中的程序?qū)⑾А?/div>
此外,應(yīng)注意更換保險絲時要采用指定型號的產(chǎn)品。
I/O模塊的更換
若需替換一個模塊，用戶應(yīng)確認被安裝的模塊是同類型。有些I/O系統(tǒng)允許帶電更換模塊，而有些則需切斷電源。若替換后可解決問題，但在一相對較短時間后又發(fā)生故障，那么用戶應(yīng)檢查能產(chǎn)生電壓的感性負載，也許需要從外部抑制其電流尖峰。如果保險絲在更換后易被燒斷，則有可能是模塊的輸出電流超限，或輸出設(shè)備被短路。
PLC的故障診斷是一個十分重要的問題，是保證PLC控制系統(tǒng)正常、可靠運行的關(guān)鍵。本文對常用的故障診斷方法進行了探討。在實際工作過程中，應(yīng)充分考慮到對PLC的各種不利因素，定期進行檢查和日常維護，以保證PLC控制系統(tǒng)安全、可靠地運行。
編者按：雖說集成電路代換有方，但拆卸畢竟較麻煩。因此，在拆之前應(yīng)確切判斷集成電路是否確實已損壞及損壞的程度，避免盲目拆卸。本文介紹了僅用萬用表作為檢測工具的不在路和在路檢測集成電路的方法和注意事項。文中所述在路檢測的四種方法（直流電阻、電壓、交流電壓和總電流的測量）是業(yè)余維修中實用且常用的檢測法。這里，也希望大家提供其他實用的（集成電路和元器件）判別檢測經(jīng)驗。
一、不在路檢測
這種方法是在ＩＣ未焊入電路時進行的，一般情況下可用萬用表測量各引腳對應(yīng)于接地引腳之間的正、反向電阻值，并和完好的ＩＣ進行比較。
二、在路檢測
這是一種通過萬用表檢測ＩＣ各引腳在路（ＩＣ在電路中）直流電阻、對地交直流電壓以及總工作電流的檢測方法。這種方法克服了代換試驗法需要有可代換ＩＣ的局限性和拆卸ＩＣ的麻煩，是檢測ＩＣ最常用和實用的方法。
１．在路直流電阻檢測法
這是一種用萬用表歐姆擋，直接在線路板上測量ＩＣ各引腳和外圍元件的正反向直流電阻值，并與正常數(shù)據(jù)相比較，來發(fā)現(xiàn)和確定故障的方法。測量時要注意以下三點：
(1)測量前要先斷開電源，以免測試時損壞電表和元件。
(2)萬用表電阻擋的內(nèi)部電壓不得大于６Ｖ，量程最好用Ｒ×１００或Ｒ×１ｋ擋。
(3)測量ＩＣ引腳參數(shù)時，要注意測量條件，如被測機型、與ＩＣ相關(guān)的電位器的滑動臂位置等，還要考慮外圍電路元件的好壞。
２．直流工作電壓測量法
這是一種在通電情況下，用萬用表直流電壓擋對直流供電電壓、外圍元件的工作電壓進行測量；檢測ＩＣ各引腳對地直流電壓值，并與正常值相比較，進而壓縮故障范圍，找出損壞的元件。測量時要注意以下八點：
(1)萬用表要有足夠大的內(nèi)阻，至少要大于被測電路電阻的１０倍以上，以免造成較大的測量誤差。
(2)通常把各電位器旋到中間位置，如果是電視機，信號源要采用標準彩條信號發(fā)生器。
(3)表筆或探頭要采取防滑措施。因任何瞬間短路都容易損壞ＩＣ。可采取如下方法防止表筆滑動：取一段自行車用氣門芯套在表筆尖上，并長出表筆尖約０．５ｍｍ左右，這既能使表筆尖良好地與被測試點接觸，又能有效防止打滑，即使碰上鄰近點也不會短路。
(4)當測得某一引腳電壓與正常值不符時，應(yīng)根據(jù)該引腳電壓對ＩＣ正常工作有無重要影響以及其他引腳電壓的相應(yīng)變化進行分析，才能判斷ＩＣ的好壞。
(5)ＩＣ引腳電壓會受外圍元器件影響。當外圍元器件發(fā)生漏電、短路、開路或變值時，或外圍電路連接的是一個阻值可變的電位器，則電位器滑動臂所處的位置不同，都會使引腳電壓發(fā)生變化。
(6)若ＩＣ各引腳電壓正常，則一般認為ＩＣ正常；若ＩＣ部分引腳電壓異常，則應(yīng)從偏離正常值最大處入手，檢查外圍元件有無故障，若無故障，則ＩＣ很可能損壞。
(7)對于動態(tài)接收裝置，如電視機，在有無信號時，ＩＣ各引腳電壓是不同的。如發(fā)現(xiàn)引腳電壓不該變化的反而變化大，該隨信號大小和可調(diào)元件不同位置而變化的反而不變化，就可確定ＩＣ損壞。
(8)對于多種工作方式的裝置，如錄像機，在不同工作方式下，ＩＣ各引腳電壓也是不同的。
３．交流工作電壓測量法
為了掌握ＩＣ交流信號的變化情況，可以用帶有ｄＢ插孔的萬用表對ＩＣ的交流工作電壓進行近似測量。檢測時萬用表置于交流電壓擋，正表筆插入ｄＢ插孔；對于無ｄＢ插孔的萬用表，需要在正表筆串接一只０．１～０．５μＦ隔直電容。該法適用于工作頻率比較低的ＩＣ，如電視機的視頻放大級、場掃描電路等。由于這些電路的固有頻率不同，波形不同，所以所測的數(shù)據(jù)是近似值，只能供參考。
４．總電流測量法
該法是通過檢測ＩＣ電源進線的總電流，來判斷ＩＣ好壞的一種方法。由于ＩＣ內(nèi)部絕大多數(shù)為直接耦合，ＩＣ損壞時（如某一個ＰＮ結(jié)擊穿或開路）會引起后級飽和與截止，使總電流發(fā)生變化。所以通過測量總電流的方法可以判斷ＩＣ的好壞。也可用測量電源通路中電阻的電壓降，用歐姆定律計算出總電流值。
以上檢測方法，各有利弊，在實際應(yīng)用中最好將各種方法結(jié)合起來，靈活運用。
推薦閱讀：
