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1、1 PLCPLC系统故障诊断与排除系统故障诊断与排除 内容提要内容提要PLC故障的分类及诊断（常见故障分类、故障类型及诊断方法）PLC的硬件故障诊断与排除（系统故障、CPU单元故障、I/O单元故障、噪声故障2PLC的控制系统中的故障分布情况是：CPU单元故障占5%；I/O单元故障占15%；系统布线故障占5%；输出设备故障占30%；输入设备故障占45%。由此可见，在PLC本身的20%的故障中，大多数是由恶劣环境造成的。而80%的故障是用户使用不当造成的。PLC自身具有故障诊断的功能，这在用户学习PLC应用时就应该牢固掌握。但其诊断功能和故障显示的内容必竟有限。其次是有些PLC“用户手册”上给了故
2、障检查流程图，例如SYSMAC-C200H的故障总体检查流程图（如图16.1所示）。当然这些资料也是极为重要的，应该熟悉并深刻理解它。但是，它只不过给出检查步骤，具体处理起来还会遇到许多现实困难。3图16.1 故障总体检修流程图 4图16.2故障检查步骤框图516.1 PLC常见故障种类及诊断方法常见故障种类及诊断方法 16.1.1 PLC故障故障现象的分象的分类和和诊断步断步骤故障现象的分类及故障原因如表16.1所示。图16.2所示是故障诊断步骤框图。故障现象故障分类及原因停机CPU异常报警而停机，存储器异常报警而停机，输入输出异常报警而停机，扩展单元异常报警而停机程序不执行全部程序不执行，
3、部分程序不执行，计数器等误动作程序内容变化长时间停电引起变化，电源ON/OFF操作引起变化，运行中发生变化输入/输出不动作输入信号没有读入CPU，CPU没有发出输出信号写入器不能操作 没有按下特定键或操作不当，完全不动作扩展单元不动作 只有特定的输入/输出不动作，全部不动作PROM不能运转没有接通PROM，出现错误表表16.1 PLC故障现象的分类及故障原因故障现象的分类及故障原因616.1.2 故障故障诊断要点断要点1CPU异常异常CPU异常报警时，应检查CPU单元连接于内部总线上的所有器件。2存储器异常存储器异常存储器异常报警时，如果是程序存储器的问题，重新编程后故障现象会反复出现。这种情
4、况可能是噪声的干扰引起程序的变化。否则，应更换存储器。3输入输入/输出异常、扩展单元异常输出异常、扩展单元异常发生这类报警时，应首先检查输入/输出单元和扩展单元连接器的插入状态、电缆连接状态，确定故障发生在某单元之后，再更换单元。74不执行程序不执行程序 对于不执行程序，一般情况下可依照输入程序执行输出的步骤进行检查。（1）输入检查是利用输入LED指示灯识别，或用写入器构成的输入监视器检查。当输入LED不亮时，可初步确定是外部输入系统故障，再配合万用表检查。如果测出电压不正常，就可确定是输入单元故障。当LED是亮的而内部监视器无显示时，则可认为是输入单元、CPU单元或扩展单元的故障。（2）程序
5、执行检查是通过写入器上的监视器检查。当梯形图的接点状态与结果不一致时，则是程序错误（例如内部继电器双重使用等），或是PLC内部的运算部分出现故障。 （3）输出检查可用输出LED指示灯识别。当运算结果正确而输出LED指示错误时，则可认为是CPU单元、I/O接口单元的故障。当输出LED是亮的而无输出，则可判断是输出单元故障，或是外部负载系统出现了故障。 85部分程序不执行部分程序不执行当部分程序不执行时，检查方法与4项相同。6电源短时掉电，程序内容消失电源短时掉电，程序内容消失当电源短时掉电，程序内容会消失，这时除了检查电池，还要进行下述检查：（1）通过反复通断PLC本身电源来检查。为使微处理器正
6、确启动，PLC中设有初始复位电路和电源断开时的保存程序电路，这种电路发生故障时，就不能保存程序。所以可用电源的通断进行检查。（2）如果在更换电池后仍然出现电池异常报警，就可判定是存储器或是外部回路的漏电流异常增大所致。（3）电源的通断总是与机械系统同步发生，这时可检查机械系统产生的噪声影响。因为电源的断开是常与机械系统运行同时发生的故障，绝大部分是电机或线圈所产生的强噪声所致。97PROM不能运转不能运转当PROM不能运转时，先检查PROM插入是否良好，然后确定是否需要更换芯片。 8电源重新投入或复位后，动作停止电源重新投入或复位后，动作停止这种故障可认为是噪声干扰或PLC内部接触不良所致。噪
7、声原因将在后续内容中讨论，对结构原因则可通过轻轻敲PLC机体进行检查。还要检查一下电缆和连接器的插入状态。 1016.1.3 PLC常常见故障及故障及诊断方法断方法 1PLC故障类型的判断故障类型的判断 一般PLC的基本单元面板上都有指示发光二极管，利用它的亮灭可提示用户设备故障的类型。图16.3CPM1A面板示意图112PLC故障诊断流程图故障诊断流程图PLC各种不同故障的基本思路和方法。（1）PLC故障检查总流程图如图16.4所示。（2）电源故障检查流程图如图16.5所示。 （3）运行故障检查流程图如图16.6所示。（4）输入故障检查流程图如图16.7所示。（5）输出故障检查流程图如图16
8、.8所示。 综上所述，根据PLC控制系统中CPU面板上的指示，先确定故障在哪一模块上，然后再确定故障的具体部位。检查的方法是按电源系统运行输入的顺序逐一进行。 12图16.4PLC故障检查总流程图13图16.5电源故障检查流程图14图16.6运行故障检查流程图15图16.7输入故障检查流程图16图16.8输出故障检查流程图16.1.4 锂电池池维护 锂电池放电寿命约5年左右。当电池的电压逐渐降低到一定值时，LED指示灯（在基本单元上）便点亮。换电池必须在短时间内完成，只有这样，PLC内部的用户程序才不会丢失。1716.2 PLC的硬件故障诊断与排除的硬件故障诊断与排除 16.2.1 系系统硬件
9、故障硬件故障诊断与排除断与排除 PLC硬件故障与所选用机种及工作环境关系很大，当系统发生故障时，正确区分是硬件还是软件故障是很重要的 。1PLC的硬件故障诊断的硬件故障诊断 这里以PLC硬件故障为中心，按硬件结构分出故障种类，指出故障现象并分析故障产生的原因见表16.2。 18故障部位故障现象故 障 原 因备注CPU单元误运算噪声干扰，电源电压剧烈变化，CPU故障主 要 表 现在 输出ON/OFF运算滞后CPU故障，存储器故障，程序语法错误，语句过长，噪声引起的CPU误动作存储器单 元程序消失IC-RAM性能不良，IC-RAM插座接触不良，电池电压降低，电池接触不良，写入错误部分程序变化噪声干
10、扰引起CPU误动作，噪声干扰引起外部设备误动作，存储器不良故障，外部设备无操作，电源异常引起CPU误动作电源单元过电流造成熔丝熔断或产生过电压CPU、I/O单元内部器件故障，产生过电流。金属屑落入，引起短路。电源单元内的稳压控制电路故障输入单元输入的ON或OFF状态保持不变输入单元的器件故障外部输入信号线断线、短路轻 轻 敲 击PLC，故障有 再 现 性时 可 判 断为 接 触 不良所致输入信号全部不能读入输入单元的连接器接触不良。输入电源故障或断线。CPU的输入器件不良。扩展单元、扩展机架的连接电缆故障或断线。COM端子上外部接线脱落输入信号不稳定印刷电路板焊接不良，输入单元的器件故障，连接
11、器、电缆接触不良，输入信号设备的输出配线故障表表16.2 16.2 PLCPLC硬件故障诊断表硬件故障诊断表 19故障部位故障现象故 障 原 因备注输出单元特定的输出部分无输出继电器输出接点的接触不良，晶体管、双向晶闸管输出截止时产生故障，因负载侧产生的渗漏、噪声容易引起过电压。负载的过电流、短路引起；反复的冲击电流会导致熔丝疲劳。印刷电路板上线路断裂。输出寄存器或逻辑电路的器件故障。输出侧配线断线、脱线特定输出一直保持ON状态继电器输出接点熔焊；晶体管、双向晶闸管不能截止。输出寄存器或逻辑电路的器件故障全部无输出CPU单元上的输出器件故障。扩展电缆、机架故障。输出单元连接器接触不良。输出电源
12、故障、断线，COM端子上的配线断线、脱落机架部分全部输出都不动作或特定的扩展机架、单元不动作扩展电缆、连接器接触不良或短路。印刷电路板接触不良、短路。机架或单元用设定开关接触不良、设定错误。CPU故障。扩展侧的电源故障续表续表 202PLC故障诊断的基本方法故障诊断的基本方法（1）发生异常时的识别。发生故障时，为了迅速查出故障原因并予以及时处理，在切断电源和复位之前，必须识别下述两点：机械动作状态。向运行人员了解机械部件的运行情况。观察PLC显示内容。观察电源、RUN、输入输出指示灯，检查PLC自诊断结果的显示内容。（2）异常状态的识别。为了识别异常状态如何变化。可以将开关从“RUN”位置切换
13、至“STOP”位置，经短暂复位再切换至“RUN”位置开关或保持在“RUN”位置不变，切除PLC电源后再投入运行。经过上述操作后，如果PLC返回初始状态并能正常运转，就可判定并不是PLC硬件故障或软件异常，而是外部原因所致，如噪声干扰、电源异常等等。（3）判断是否硬件故障。PLC硬件故障具有持续性和重复性。其判断方法是切断后再接通PLC电源或复位操作，通过几次重复试验都发生了相同的故障，则可判定是PLC本身的硬件故障。经过上述操作后，如果故障不能再现，就说明是外部环境干扰或是瞬时停电所致。21（1）发生异常时的识别。发生故障时，为了迅速查出故障原因并予以及时处理，在切断电源和复位之前，必须识别下
14、述两点：机械动作状态。向运行人员了解机械部件的运行情况。观察PLC显示内容。观察电源、RUN、输入输出指示灯，检查PLC自诊断结果的显示内容。（2）异常状态的识别。为了识别异常状态如何变化。可以将开关从“RUN”位置切换至“STOP”位置，经短暂复位再切换至“RUN”位置开关或保持在“RUN”位置不变，切除PLC电源后再投入运行。经过上述操作后，如果PLC返回初始状态并能正常运转，就可判定并不是PLC硬件故障或软件异常，而是外部原因所致，如噪声干扰、电源异常等等。22（3）判断是否硬件故障。PLC硬件故障具有持续性和重复性。其判断方法是切断后再接通PLC电源或复位操作，通过几次重复试验都发生了
15、相同的故障，则可判定是PLC本身的硬件故障。经过上述操作后，如果故障不能再现，就说明是外部环境干扰或是瞬时停电所致。（4）判断是否程序错误。PLC程序错误引起的故障具有再现性。（5）判断是否外部原因。PLC控制系统发生异常时，一般容易引起怀疑的可能是PLC本身出了问题。主要检查的项目如下：检查输入/输出设备状态。安装不当、调整不良，行程开关等的触点接触不良，在运行初期很难发现，运行一段时间后才能暴露出问题。23检查配线。输入/输出配线有可能断路、短路、接地，也可能与其他导线相碰等。以上两种情况的故障是断续性的，容易查找。噪声、浪涌。在特定机械运转或与其他设备同步运转过程中出现的故障，应在PLC
16、外部或PLC侧采取抗干扰措施。电源异常。电源电压过高或过低，临时停电、瞬时停电、供电系统上的噪声源等。 （6）故障的产生与外部工作同步。判断噪声、瞬时停电等外部原因最有效的方法，就是了解PLC之外生产设备的工作状态，分析故障现象是否与外部工作状态同步。若故障现象与被控对象的特定状态同步发生，说明该故障与被控对象有关。另外故障现象也会与其他生产设备和特定状态同步发生。2416.2.2 CPU单元的故障元的故障诊断与排除断与排除1PLC的内部结构的内部结构如图16.9所示为PLC的一般内部结构。2故障原因及处理方法故障原因及处理方法CPU的故障原因分为外部原因和内部原因。（1）外部原因有电源电压波
17、动，电源瞬时停电，电源长时间停电，环境湿度变化，环境温度变化；振动、噪声冲击，程序设计错误，使用操作错误等。（2）内部故障原因。如表16.3所示为CPU故障的内部原因诊断。25图16.9PLC内部结构图26表表16.3 16.3 CPUCPU故障的内部故障诊断处理故障的内部故障诊断处理 故障现象故 障 原 因处理方法CPU故障CPU异常报警：微处理器故障；接于内部总线上的器件故障（指对内部总线有影响的器件）；总线断路、短路；微处理器的外部回路故障，如振荡回路、复位回路等。程序变化更换故障单元运算部分故障指令执行错误，指令不执行影响到内部总线信号时，会引起CPU故障。更换运算部分存储器故障程序存
18、储器和内部继电器故障时。存储器芯片耗电异常增大时，电源不能支持造成程序消失更换存储器或整个CPU单元电池故障电压降至一定值或无电压更换程序写入接口故障程序不能写入。不能监视影响到内部总线信号时，会引起CPU故障。更换I/O接口故障输入信号不能输入，输出信号不能输出更换护展接口故障输入信号不能输入，输出信号不能输出更换基本单元上的或扩展单元上的接口电源部分故障5V系统本身故障，则PLC整机停止工作，5V以外系统故障，则输入或输出不动作，停电检测回路故障，则在电源断开时会引起程序存储器损坏更换2716.2.3 I/O单元的故障元的故障诊断与排除断与排除1输入单元的故障诊断输入单元的故障诊断输入单元
19、故障的主要原因是：工作环境的影响，半导体器件的时效变化，噪声源、感应源的影响，输入单元电气规格选择不当等。输入单元故障及维修方法如表16.4所示。表表16.4 16.4 输入单元故障及维修输入单元故障及维修 故障现象故 障 原 因维修方法输入全部不接通（动作指示灯不亮）外部输入电源未接通接通电源外部输入电源电压过低加额定电源电压接线端子螺丝松动紧固端子板连接器接触不良连接线可靠插入端子板、锁紧，更换端子板连接器输入回路不良更换单元输入全部不关断输入回路不良更换单元28故障现象故 障 原 因维修方法特定编号继电器的输入不接通输入器件不良更换输入配线断线更换输入配线外部输入的接通时间过短调整输入器
20、件端子板连接器的接触不良充分插入、锁紧或更换端子螺丝松动紧固输入回路不良更换单元特定编号继电器的输入不关断程序的OUT指令中误用了输入继电器号修改程序程序的OUT指令中误用了输入继电器号修改程序输入回路不良更换单元输入不规则的ON/OFF动作外部输入电源电压过低加额定电源电压噪声引起误动作采取抗噪措施端子螺丝松动紧固端子连接器接触不良充分插入、锁紧。更换输入动作指示灯不亮（动作正常）LED损坏更换单元续表续表 292输出单元的故障诊断输出单元的故障诊断输出单元的故障现象、故障原因及处理方法如表16.5所示。表表16.5 16.5 输出单元故障及维修方法输出单元故障及维修方法 故障现象故 障 原
21、 因维修方法输出全部不接通未加负载电源加电源负载电源电压过低加额定电源电压保险丝熔断更换保险端子板连接器接触不良充分插入、锁紧、更换接线端子螺丝松动紧固输出回路不良更换单元I/O总线插座接触不良更换单元输出全部不关断输出回路不良更换单元特定编号继电器的输出不接通（动作指示灯灭）输出信号接通时间过短修改程序程序中输出继电器编号重复使用修改程序输出回路不良更换单元30故障现象故 障 原 因维修方法特定编号继电器的输出不接通（动作指示灯亮）输出单元器件不良更换输出器件端子螺丝松动紧固输出配线有断线检查输出配线端子连接器的接触不良充分插入、锁紧、更换输出回路不良更换电路输出继电器不良更换继电器特定编号
22、继电器的输出不关断（动作指示灯灭）输出继电器不良更换继电器存在有漏电流或残余电压，致使输出不能关断更换负载或加泄漏电阻特定编号继电器的输出不关断（动作指示灯亮）程序OUT指令的继电器编号重复使用修改程序输出回路不良更换单元输出不规则的ON/OFF输出电压过低加额定电源电压噪声引起误动作采取抗噪措施程序OUT指令的继电器编号重复使用修改程序端子螺丝松动紧固端子板连接器的接触不良充分插入、锁紧、更换输出动作指示灯不亮LED坏了更换单元续表续表 3116.2.4 PLC的噪声故障的噪声故障1噪声三要素噪声三要素噪声强度耦合强度噪声影响系数的三个要素：噪声源及其强度；耦合媒体及其耦合强度；受噪体的抗噪
23、性。可用公式表达：噪声影响系数由此可知，为了减小噪声影响系数，可从减小式中的分子和增大分母入手。受噪体就是使用的PLC。减小分子就是要设法减小噪声源的强度和耦合强度，当然最有效的办法是消除噪声源，但有些噪声源却无法消除，只能把它减小到一定程度，如电磁线圈。这时就应分析噪声的耦合媒体、传输途径，并采取有效措施防止噪声侵入，如加装屏蔽、接入噪声滤波器等。噪声强度耦合强度受噪体的抗噪性32 （1）噪声源。在工业现场产生噪声因素很多，例如，继电器触点和开关在放电，继电器线圈和电磁铁线圈断电时产生的浪涌电压，空中电磁波等，都是噪声源。另外，如果把电源也看成是一种信号的话，那么电源电压的波动或瞬停，也可解
24、释成是一种噪声源。典型噪声源如表16.6所示。表表16.6 16.6 典型噪声源典型噪声源 分类内 容 例 子放电噪声由放电现象产生的噪声：触点间的电弧放电；静电产生的火花放电；直接雷击过渡现象噪声由电压、电流剧烈变化产生的噪声：晶闸管的点弧噪声；电源投入时的冲击电流；感性负载断开时产生的浪涌电流；电力线路开闭时的操作过电压；感应雷无用信号其他设备上的有用信号，对PLC则是多余无用的信号：无用电波反射噪声信号线的阻抗失配，反射波接地电流接地电流产生的共阻噪声33 （2）噪声侵入途径、耦合媒体。噪声侵入PLC的途径有电源、I/O部、大地和空中。另外，噪声还会以空中电磁感应或静电感应、导线等作为耦
25、合媒体侵入PLC，如表16.7所示。表表16.7 噪声耦合媒体噪声耦合媒体媒体内 容导线通过导线传播侵入PLC空间辐射，放射电磁场产生的干扰静电电容，导线间的寄生电容产生的干扰电磁感应，导线间的互感产生的干扰34 2共模噪声和常模噪声共模噪声和常模噪声（1）共模噪声。接地（大地）与电源、输入/输出配线之间的噪声所产生的电位差，侵入PLC内部回路便引起误动作，称这种噪声为共模噪声，如图16.10所示。它是由于各种外部信号与内部回路间的寄生电容CS在充放电时，引起内部回路上电压剧烈变化所产生的一种噪声。对这种噪声的抗噪性，用户无法采取更有效的措施，完全取决于PLC制造厂家所采取的措施。共模噪声源有
26、各导线上感应电弧产生的噪声、高电位的感应电压、电波、静电等。 共模噪声强度取决于寄生电容CS，金属外壳接地的PLC机，共模噪声要弱一些，所以接地是降低这种噪声的主要途径。 图16.10共模噪声35（2）常模噪声。常模噪声是施加于电源、输入/输出配线之间的一种噪声，也称线间噪声，如图16.11所示。这种噪声主要是接于线路上的感性负载产生的反电势产生的。从电源侧来看，噪声源是来自于接在电源系统中的感性电气设备；从输出系统来看，噪声源就是PLC所控制的感性负载。 比较而言，常模噪声比共模噪声对PLC的干扰要小一些。用户所能采取的抗噪措施，主要是用来抑制常模噪声的，如加噪声滤波器、隔离变压器、浪涌限制
27、器等等。图16.11常模噪声363噪声故障状态噪声故障状态（1）功能停止。PLC机的全部功能停止时，如果通过复位操作又可恢复正常工作，则这种现象大多数是由电源瞬时停电所致。其他还有高频设备的电波干扰等原因。（2）误运算。CPU的误运算故障，大多数是由噪声干扰引起的，可通过自诊断显示判断。具体方法是保持误运算状态，使PLC处于“RUN”进行程序检查、误输入检查和输入/输出检查，以确定故障范围。（3）程序变化。噪声过强会引起CPU误动作或程序变化；连接着外部设备时，外部设备也会误动作而使程序变化。最好的办法是使程序固化在ROM内。（4）误输入、误输出。误输出故障多由误输入引起，而误输入的故障原因中，感应电势的影响比噪声干扰更为严重。感应电势是发生在交流输入上，断开输入测量输入电压就可判断。
