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1、PLC控制系统的故障诊断和维护-很经典的文章简单明了的阐述概述PLC (可编程控制器)技术已广泛应用于各控制领域,尤其是在工业生产过程控制中,它具有其它控制器无可比拟的优点,可靠性高、抗干扰能力强,在恶劣的生产环境 里,仍然可以十分正常地工作。作为PLC本身,它的故障发生率非常低,但对以PLC为核心的PLC控制系统而言,组成系统的其他外部元器件(如传感器和执 行器)、外部输入信号和软件本身,都很可能发生故障,从而使整个系统发生故障,有时还会烧坏PLC,使整个系统瘫痪,造成极大的经济损失,甚至危及人的生 命安全。所以技术人员必须熟悉PLC 技术,并能够熟练地诊断和排除PLC在运行中的故障。PLC
2、控制系统故障诊断技术的基本原理是利用PLC的逻辑或运算功能,把连续获得的被控过程的各种状 态不断地与所存储的理想(或正确)状态进行比较发现它们之间的差异,并检查差异是否在所允许的范围内(包括时间范围和数值范围)。若差异超出了该范围, 则按事先设定的方式对该差异进行译码,最后以简单的、或较完善的方式给出故障信息报警。故障诊断的功能包括故障的检测和判断及故障的信息输出。常见的 PLC控制系统中,其故障的情况是多种多样的。PLC控制系统的一般结构和故障类型PLC控制系统主要由输入部分、CPU、采样部分、输出控制和通讯部分组成,如图1所 示。输入部分包括控制面板和输入模板;采样部分包括采样控制模板、A
3、D转换模板和传感器;CPU作为系统的核心,完成接收数据,处理数据,输出控制信号; 输出部分有的系统用到DA模板,将输出信号转换为模拟量信号,经过功放驱动执行器;大多数系统直接将输出信号给输出模板,由输出模板驱动执行器工作;通讯 部分由通讯模板和上位机组成。因为PLC本身的故障可能性极小,系统的故障主要来自外围的元部件,所以它的故障可分为如下几种:(1)输入故障,即操作人员的操作失误;传感器故障;执行器故障;PLC软件故障这些故障,都可以用合适的故障诊断方法进行分析和用软件进行实时监测,对故障进行预报和处理。PLC控制系统的故障诊断方法PLC控制系统故障的宏观诊断故障的宏观诊断就是根据经验,参照
4、发生故障的环境和现象来确定故障的部位和原因。PLC控制系统的故障宏观诊断方法如下:是否为使用不当引起的故障,如属于这类故障,则根据使用情况可初步判断出故障类型、发生部位。常见的使用不当包括供电电源故障、端子接线故障、模板安装故障、现场操作故障等。 如果不是使用故障,则可能是偶然性故障或系统运行时间较长所引发的故障。对于这类故障可按PLC的故障分布,依次检查、判断故障。首先检查与实际过程 相连的传感器、检测开关、执行机构和负载是否有故障:然后检查PLC的I/O模板是否有故障:最后检查PLC的CPU是否有故障。在检查PLC本身故障时,可参考PLC的CPU模板和电源模板上的指示灯。采取上述步骤还检查
5、不出故障部位和原因,则可能是系统设计错误,此时要重新检查系统设计,包括硬件设计和软件设计。 PLC控制系统的故障自诊断故障自诊断是系统可维修性设计的重要方面,是提高系统可靠性必须考 虑的重要问题。自诊断主要采用软件方法判断故障部分和原因。不同控制系统自诊断的内容不同。PLC有很强的自诊断能力,当PLC出现自身故障或外围设备故 障,都可用PLC上具有的诊断指示功能的发光二极管的亮、灭来查找。总体诊断根据总体检查流程图找出故障点的大方向,逐渐细化,以找出具体故障,如图2所示。 电源故障诊断电源灯不亮,需对供电系统进行诊断.如果电源灯不亮,首先检查是否有电,如果有 电,则下一步就检查电源电压是否合适
6、,不合适就调整电压,若电源电压合适,则下一步就是检查熔丝是否烧坏,如果烧坏就更换熔丝检查电源,如果没有烧坏,下 一步就是检查接线是否有误,若接线无误,则应更换电源部件.运行故障诊断电源正常,运行指示灯不亮,说明系统已因某种异常而终止了正常运行。检查流程如图3所示. 图3 运行故障诊断流程图输入输出故障诊断输人输出是PLC与外部设备进行信息交流的通道,其是否正常工作,除了和输入输出单元有关外,还与联接配线、接线端子、保险丝等元件状态有关。 出现输入故障时,首先检查LED电源指示器是否响应现场元件(如按钮、行程开关等)。如果输入器件被激励(即现场元件已动作),而指示器不亮,则下一步 就应检查输入端
7、子的端电压是否达到正确的电压值。若电压值正确,则可替换输入模块。若一个LED逻辑指示器变暗,而且根据编程器件监视器、处理器未识别输 入,则输入模块可能存在故障。如果替换的模块并未解决问题且连接正确,则可能是IO机架或通信电缆出了问题。出现输出故障时,首先应察看输出设备是否响应LED状态指示器。若输出触点通电,模块指示器变亮,输出设备不响应。那么,首先应检查保险丝或替换模块。若保险丝完好,替换的模块未能解决问题,则应检查现场接线。若根据编程设备监视器显示一个输出器被命令接通,但指示器关闭,则应替换模块。 在诊断输入输出故障时,最佳方法是区分究竟是模块自身的问题,还是现场连接上的问题。如果有电源指
8、示器和逻辑指示器,模块故障易于发现。通常,先是更 换模块,或测量输入或输出端子板两端电压测量值正确,模块不响应,则应更换模块。若更换后仍无效,则可能是现场连接出问题了。输出设备截止,输出端间电压 达到某一预定值,就表明现场连线有误。若输出器受激励,且LED指示器不亮,则应替换模块。如果不能从IO模块中查出问题,则应检查模块接插件是否接触 不良或未对准。最后,检查接插件端子有无断线,模块端子上有无虚焊点。指示诊断LED状态指示器能提供许多关于现场设备、连接和IO模块的信息。大部分输入输出模块至少有一个指示器。输入模块常设电源指示器,输出模块则常设一个逻辑指示器。对于输入模块,电源LED显示表明输
9、入设备处于受激励状态,模块中有一信号存在。该指示器单独使用不能表明模块的故障。逻辑LED显示表明输入信号已被输入电路的逻辑部分识别 。如果逻辑和电源指示器不能同时显示,则表明模块不能正确地将输入信号传递给处理器。输出 模块的逻辑指示器显示时,表明模块的逻辑电路已识别出从处理器来的命令并接通。除了逻辑指示器外,一些输出模块还有一只保险丝熔断指示器或电源指示器,或 二者兼有。保险丝熔断指示器只表明输出电路中的保护性保险丝的状态;输出电源指示器显示时,表明电源已加在负载上。像输入模块的电源指示器和逻辑指示器一 样,如果不能同时显示,表明输出模块就有故障了。PLC控制系统的维护日常维护 PLC的日常维
10、护和保养比较简单,主要是更换保险丝和锂电池, 基本没有其它易损元器件。由于存放用户程序的随机存储器(RAM)、计数器和具有保持功能的辅助继电器等均用锂电池保护,锂电池的寿命大约为5年,当锂电 池的电压逐渐降低到一定程度时,PLC基本单元上电池电压跌落到指示灯亮,提示用户注意有锂电池所支持的程序还可保留一周左右,必须更换电池,这是日常维 护的主要内容。调换锂电池的步骤为:在拆装前,应先让PLC通电15秒以上(这样可使作为存储器备用电源的电容器充电,在锂电池断开后,该电容可对PLC做短暂供电,以保护RAM 中的信息不丢失);断开PLC的交流电源;打开基本单元的电池盖板;取下旧电池,装上新电池;盖上
11、电池盖板。注意更换电池时间要尽量短,一般不允许超过3分钟。如果时间过长,RAM中的程序将消失。此外,应注意更换保险丝时要采用指定型号的产品。I/O模块的更换 若需替换一个模块,用户应确认被安装的模块是同类型。有些I/O系统允许带电更换模块,而有些则需切断电源。若替换后可解决问题,但在一相对较短时间后 又发生故障,那么用户应检查能产生电压的感性负载,也许需要从外部抑制其电流尖峰。如果保险丝在更换后易被烧断,则有可能是模块的输出电流超限,或输出设 备被短路。PLC的故障诊断是一个十分重要的问题,是保证PLC控制系统正常、可靠运行的关键。本文对常用的故障诊断方法进行了探讨。在实际工作过程中,应充分考虑到对PLC的各种不利因素,定期进行检查和日常维护,以保证PLC控制系统安全、可靠地运行。