PLC故障和干擾分析及處理方法
文：黃海燕
摘要：本文介紹了常用的PLC故障和干擾分析方法，及故障檢查流程，簡(jiǎn)潔明了，值得PLC工程師參考。
一、故障和干擾分析的方法
可編程控制器系統(tǒng)的故障分為內(nèi)部故障和外部故障。內(nèi)部故障包括硬件和軟件故障。硬件故障是可編程控制器系統(tǒng)各組成部件的故障、通信故等。軟件故障是程序錯(cuò)誤。外部故障主要指外部設(shè)備的故障,例如接近開(kāi)關(guān)、執(zhí)行元件等造成的故障。
干擾分析的目的是根據(jù)干擾引起的原因,選用合適的抗干擾措施。
（一）故障分析法故障的基本分析方法如下：
1.測(cè)量檢查法。它是釆用對(duì)設(shè)備的機(jī)、電、液等部分進(jìn)行性能測(cè)量檢查,判斷故障發(fā)生原因的分析方法。通常測(cè)量檢查的內(nèi)容如下：
a.測(cè)量供給源。測(cè)量供電電源、氣源和液壓源的供電、供氣和供液的電壓、氣壓、液壓值,及有關(guān)的性能,例如,電源的頻率、電流、相序;氣源的氣壓、流量;液壓源的液壓、流量等,確定它們是否符合規(guī)定。
b.檢查連接。檢查可編程控制器系統(tǒng)中各部件的電、氣、液的導(dǎo)線、管線等是否連接正確;是否有泄漏;確定輸人輸出信號(hào)、通信信號(hào)等連接是否正確。
c.檢查設(shè)定、設(shè)置值和調(diào)整參數(shù)值。檢查各設(shè)備和部件的設(shè)定值,是否與設(shè)計(jì)的規(guī)定值一致;確定各報(bào)警、聯(lián)鎖信號(hào)點(diǎn)的設(shè)置是否與工藝要求一致;確定各控制回路調(diào)整參數(shù)是否合理和合適。
d.檢測(cè)輔助設(shè)備和部件是否正常運(yùn)行。確定其工作參數(shù)是否符合操作條件。
通常,通過(guò)測(cè)量檢查法,可確定大多數(shù)故障的位置,為故障正確定位提供依據(jù)。
2.動(dòng)作分析法。它是觀察各運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化,判別其是否符合規(guī)定,從而確定其故障位置的一種故障分析方法。生產(chǎn)過(guò)程可分解為各自獨(dú)立的工序,在每個(gè)工序中也可分為不同的步序,因此,對(duì)于用順序功能表圖編寫(xiě)的程序,可根據(jù)每一步對(duì)應(yīng)的動(dòng)作和命令確定有關(guān)設(shè)備和部件的動(dòng)作。
a.根據(jù)初始步,確定初始設(shè)備和部件的初始狀態(tài)。
b.根據(jù)程序的轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換條件,確定在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換時(shí)步的進(jìn)展過(guò)程,檢查各設(shè)備和部件的動(dòng)作是如何轉(zhuǎn)換的,是否符合工藝過(guò)程的操作要求。
c.在每一步進(jìn)行上述檢查,直到全部程序的各設(shè)備和部件動(dòng)作檢查完畢。
d.如果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換沒(méi)有實(shí)現(xiàn),則應(yīng)檢查該轉(zhuǎn)換的上級(jí)步是否是活動(dòng)步,轉(zhuǎn)換條件是否滿(mǎn)足,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)故障原因。如果發(fā)現(xiàn)動(dòng)作和命令沒(méi)有執(zhí)行,則應(yīng)檢查該動(dòng)作的執(zhí)行條件是否滿(mǎn)足,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)造成故障的原因。最后,根據(jù)故障的性質(zhì)和原因,進(jìn)行故障處理,并排除故障。
3.動(dòng)態(tài)檢測(cè)法。它是用上位機(jī)檢查程序執(zhí)行過(guò)程中各變量的變化情況,從而確定故障位置,并分析造成故障原因的一種檢查方法。
4.狀態(tài)燈檢查法
a.信號(hào)狀態(tài)燈。它利用可編程控制器各輸入輸出狀態(tài)信號(hào)燈來(lái)檢查各輸入輸出信號(hào)的狀態(tài)。通常,數(shù)字量輸入狀態(tài)信號(hào)燈點(diǎn)亮表示該數(shù)字量輸入信號(hào)狀態(tài)為1,數(shù)字量輸出狀態(tài)信號(hào)燈點(diǎn)亮說(shuō)明該數(shù)字量輸出信號(hào)的狀態(tài)為1等。
b.電源信號(hào)燈。電源信號(hào)燈點(diǎn)亮表示電源模塊運(yùn)行正常。對(duì)有備用電源的系統(tǒng),其備用電源信號(hào)燈點(diǎn)亮說(shuō)明備用電源正常。
c.通信信號(hào)燈。通信信號(hào)燈點(diǎn)亮(一些PIC是閃爍)表示數(shù)據(jù)通信正常。
d.錯(cuò)誤信號(hào)燈。通常,可編程控制器用硬件自診斷程序?qū)ζ溆布M(jìn)行診斷,當(dāng)診斷結(jié)果是錯(cuò)誤時(shí),對(duì)應(yīng)模塊的錯(cuò)誤信號(hào)燈點(diǎn)亮。一些可編程控制器還提供錯(cuò)誤代碼用于說(shuō)明錯(cuò)誤的原因,便于維護(hù)人員的故障定位。
5.存儲(chǔ)器檢查法。它與動(dòng)態(tài)檢測(cè)法類(lèi)似,是采用編程器對(duì)程序中有關(guān)變量的內(nèi)容進(jìn)行檢測(cè)的一種檢查方法。此外,它也檢查運(yùn)行中出現(xiàn)的錯(cuò)誤,例如,除以零的運(yùn)算、運(yùn)算結(jié)果超出該數(shù)據(jù)類(lèi)型允許的范圍、數(shù)據(jù)類(lèi)型不匹配等,它們有專(zhuān)用的存儲(chǔ)器可進(jìn)行檢查。通常提供錯(cuò)誤代碼,供維護(hù)人員對(duì)故障進(jìn)行定位。
6.單步運(yùn)轉(zhuǎn)檢查法。程序運(yùn)行可按步執(zhí)行,當(dāng)發(fā)現(xiàn)某步不能執(zhí)行時(shí),檢查其執(zhí)行條件,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,并處理。該檢查方法一般不用于復(fù)雜程序的檢查。
（二）干擾分析法
1.干擾分析。干擾分析比故障分析困難。主要提供示波器檢測(cè)和識(shí)別。于擾源有共模電壓、差模電壓和接地回路引入,因此,干擾分析檢測(cè)主要是檢測(cè)信號(hào)的共模電壓、差模電壓和接地電流等。
根據(jù)對(duì)可編程控制器模擬檢測(cè)的方法,可用不同的共模電壓、差模電壓添加到對(duì)應(yīng)的線路中,檢測(cè)其對(duì)應(yīng)輸人輸出電壓、波形的變化,確定其影響程度。
2.抗干擾措施。采用濾波、隔離、屏蔽和接地等措施來(lái)抗干擾。常用的抗干擾措施如下：
a交流輸出和直流輸出的電纜應(yīng)分開(kāi)敷設(shè),輸出電纜應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力電纜、高壓電纜和高壓設(shè)備。應(yīng)采用分別穿管配線敷設(shè),或采用電纜溝配線敷設(shè)方式。
b.輸人接線的長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng),一般不大于30m。接線應(yīng)采用雙絞線連接。輸人線路的距離較長(zhǎng)時(shí),可采用中間繼電器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換和隔離;當(dāng)采用遠(yuǎn)程輸入輸出單元時(shí),線路距離不應(yīng)超過(guò)200m;當(dāng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線連接時(shí),線路距離可達(dá)2000m輸入和輸出接線的電纜應(yīng)分開(kāi)設(shè)置,必要時(shí)可在現(xiàn)場(chǎng)分別設(shè)置接線箱。輸入接線的公用端COM與輸出接點(diǎn)的公用端COM不能接在一起。
d.集成電路或晶體管設(shè)備的輸入信號(hào)接線必須采用屏蔽電纜,屏蔽層的接地端應(yīng)單端接地,接地點(diǎn)宜設(shè)置在可編程控制器側(cè)。對(duì)有本安要求的輸人信號(hào),應(yīng)在輸入信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)側(cè)設(shè)置安全柵,當(dāng)輸入信號(hào)點(diǎn)的容量不能滿(mǎn)足負(fù)荷要求或需要信號(hào)隔離時(shí),應(yīng)設(shè)置繼電器。
e.集成電路或晶體管設(shè)備的輸出信號(hào)接線也應(yīng)釆用屏蔽電纜,屏蔽層的接地端宜在可編程控制器側(cè)。有公用輸出端的可編程控制器,應(yīng)根據(jù)輸出電壓等級(jí)分別連接。
f.對(duì)交流噪聲,可在負(fù)荷線圈兩端并聯(lián)RC吸收電路,RC吸收電路應(yīng)盡可能靠近負(fù)荷側(cè)。對(duì)直流噪聲,可在負(fù)荷線圈兩端并聯(lián)二極管,同樣,它應(yīng)盡可能靠近負(fù)荷側(cè)。
g.模擬信號(hào)線的屏蔽層應(yīng)一端接地。數(shù)字信號(hào)線的屏蔽層應(yīng)并聯(lián)電位均衡線,其電阻應(yīng)小于屏蔽線電阻的0.1倍,并將屏蔽層的兩端接地。在無(wú)法設(shè)置電位均衡線或?yàn)橐种频皖l
干擾,也可采用一端接地
h.多個(gè)可編程控制器組成的控制系統(tǒng),宜采用同一電源供電?？删幊炭刂破鞯墓╇姂?yīng)與動(dòng)力供電和控制電路供電分開(kāi),必要時(shí)可采用帶屏蔽的隔離變壓器供電、串聯(lián)LC濾波電路、不間斷電源或晶體管開(kāi)關(guān)電源等。
i.輸出接線分為獨(dú)立輸出和公用輸出兩類(lèi)。公用輸出是幾組輸出合用一個(gè)公用輸出端,它的另一個(gè)輸出端分別連接各自的輸出。同一公用輸出組的各組輸出有相同的電壓,因此,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按輸出信號(hào)供電電壓對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行分類(lèi)。輸出接點(diǎn)串聯(lián)連接在控制線路中間的場(chǎng)合,應(yīng)注意公用輸岀端可能造成控制線路的部分短路,為此,應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)防止這類(lèi)出錯(cuò)的發(fā)生。對(duì)于有公用輸出端的可編程控制器,應(yīng)根據(jù)輸出電壓等級(jí)分別連接。不同電壓等級(jí)的公用端不宜連接在一起。
j.電纜槽、連接的電纜保護(hù)管應(yīng)每隔30m用接地連接線與就近已接地點(diǎn)相連。
二、故障檢查流程
1.編程故障的檢查流程
a.編程器不能正常連接。可按圖“編程器無(wú)法連接檢查流程圖”所示檢查流程進(jìn)行檢查,確定故障原因并作相應(yīng)處理。
b.程序無(wú)法寫(xiě)入。程序無(wú)法寫(xiě)入可能與PIC工作方式、程序保護(hù)開(kāi)關(guān)、程序密碼設(shè)置等因素有關(guān)?？砂磮D“程序無(wú)法寫(xiě)入檢查流程圖”所示檢查流程進(jìn)行檢查,確定故障原因并作相應(yīng)處理
c.CPU不能正確引導(dǎo)操作。一些大中型PIC在調(diào)試前出現(xiàn)某些報(bào)警時(shí)需存儲(chǔ)器卡對(duì)PIC實(shí)施引導(dǎo)操作,才能使PLC正常工作。當(dāng)PIC不能正確引導(dǎo)操作時(shí),可按“CPU不能正確引導(dǎo)操作檢查流程圖”所示檢查流程進(jìn)行檢查,確定故障原因并作相應(yīng)處理。
d.系統(tǒng)配置出錯(cuò)。部分大中型PIC,如果PLC自診斷系統(tǒng)檢測(cè)到硬件配置錯(cuò)誤或總線連接、通信錯(cuò)誤等,PIC將發(fā)出“系統(tǒng)校驗(yàn)出錯(cuò)”、“總線出錯(cuò)”等報(bào)警信息。
系統(tǒng)校驗(yàn)出錯(cuò)通常與PIC模塊的安裝與連接有關(guān),因此,應(yīng)檢查PIC底板或CPU安裝等總線出錯(cuò)發(fā)生在分布式PIC系統(tǒng)與PIC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。它與模塊安裝、總線連接、從站配置等因素有關(guān)。
這類(lèi)錯(cuò)誤可通過(guò)編程器檢查PIC內(nèi)部的特殊存儲(chǔ)器、寄存器狀態(tài)來(lái)確認(rèn)。也可檢查各模塊安裝是否與說(shuō)明書(shū)規(guī)定一致,連接電纜連接是否正確和連接良好,底板是否連接良好等來(lái)判別。
2.硬件故障檢查流程
a.電源指示燈不亮。一般供電電源連接并上電后,該電源狀態(tài)燈點(diǎn)亮。因此,該狀態(tài)燈不亮說(shuō)明PLC供電未建立。按“電源指示燈不亮檢查流程圖”所示檢查流程進(jìn)行檢查,確定故障原因并作相應(yīng)處理。必要時(shí)與供應(yīng)商聯(lián)系修理或更換。
b.模塊ERR燈亮或閃爍。硬件自診斷后,模塊ERR燈亮或閃爍說(shuō)明該模塊存在問(wèn)題。按“ERR燈亮或閃爍檢查流程圖”所示檢查流程進(jìn)行檢查,確定故障原因并作相應(yīng)處理。必要時(shí)與供應(yīng)商聯(lián)系修理或更換。
C.電池報(bào)警燈亮。當(dāng)PLC的電池容量不足時(shí),該指示燈(BAT或 BATT V)點(diǎn)亮。在大中型PIC中通常安裝多個(gè)電池,當(dāng)電池報(bào)警燈點(diǎn)亮?xí)r,需更換電池,并注意電池的規(guī)格應(yīng)一致。
d.運(yùn)行指示燈不亮。運(yùn)行(RUN)指示燈用于指示PLC運(yùn)行狀態(tài)。指示燈不亮說(shuō)明PLC未運(yùn)行,運(yùn)行燈閃爍通常表示操作不正確或通信出錯(cuò),例如,未對(duì)PIC進(jìn)行復(fù)位操作,直接將PIC切到RUN模式等。按圖“運(yùn)行（RUN）燈不亮檢查流程圖”所示檢查流程進(jìn)行檢查,確定故障原因并作相應(yīng)處理。必要時(shí)與供應(yīng)商聯(lián)系修理或更換。
e.輸入狀態(tài)燈不亮。檢查流程不另述,故障原因分析如下。
——輸入數(shù)字量檢測(cè)元件是漏(匯)型,信號(hào)接觸電阻太大,使驅(qū)動(dòng)電流不足以驅(qū)動(dòng)PIC數(shù)字輸入電路;或輸人存在短路,引起內(nèi)部電源保護(hù)動(dòng)作。
——輸人數(shù)字量檢測(cè)元件是源型,信號(hào)接觸電阻太大,或輸人電壓低,使驅(qū)動(dòng)電流不足以驅(qū)動(dòng)PLC數(shù)字輸入電路。
——輸人端接觸不良,或連接線連接松動(dòng),造成輸入電阻過(guò)大。
——基本單元和擴(kuò)展單元之間的連接電纜連接不良。
——數(shù)字量輸入模塊損壞,或某通道輸入電路損壞。
f.輸出狀態(tài)燈不亮。檢查流程不另述,故障原因分析如下。
——輸出負(fù)載過(guò)載或短路,引起內(nèi)部電源保護(hù)動(dòng)作。
——基本單元和擴(kuò)展單元之間的連接電纜連接不良。
——數(shù)字量輸岀模塊損壞,或某通道輸出電路損壞。
——程序中存在雙線圈現(xiàn)象,造成輸出信號(hào)不穩(wěn)。
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