LC系统故障诊断与排除

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16.2 PLC的硬件故障诊断与排除
16.2.1 系统硬件故障诊断与排除 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 。 1．PLC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。
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5．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 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。
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图16.4 PLC故障检查总流程图
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图16.5 电源故障检查流程图
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图16.6 运行故障检查流程图
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图16.7 输入故障检查流程图
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图16.8 输出故障检查流程图
16.1.4 锂电池维护
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。
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2．PLC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：
① 机械动作状态。向运行人员了解机械部件的运行情况。
② 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。
① 机械动作状态。向运行人员了解机械部件的运行情况。
② 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。
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图16.1 故障总体检修流程图
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图16.2 故障检查步骤框图
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16.1 PLC常见故障种类及诊断方法
16.1.1 PLC故障现象的分类和诊断步骤
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。
表16.1 PLC故障现象的分类及故障原因
故障现象
故障分类及原因
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（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。
（4）判断是否程序错误。PLC程序错误引起的故障具有再现性。
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。
（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：
① 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。
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② 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。
PLC系统故障诊断与排除
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
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PLC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。
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
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
以上两种情况的故障是断续性的，容易查找。
③ 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外部或PLC侧采取抗干扰措施。
④ 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。
3．输入/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。
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4．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。
（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。
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（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：
图16.3 CPM1A面板示意图
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2．PLC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。
噪声干扰引起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 输入的ON或OFF状态保持不变
输入单元 输入信号全部不能读入
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
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，部分程序不执行，计数器等误动作
程序内容变化
输入/输出不动 作
写入器不能操作
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 输入信号没有读入CPU，CPU没有发出输出信号 没有按下特定键或操作不当，完全不动作
8．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 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。
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16.1.3 PLC常见故障及诊断方法 1．PLC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。
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
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16.1.2 故障诊断要点 1．CPU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。这种情况可能是噪声的干扰引起程序的变化 。否则，应更换存储器。
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ห้องสมุดไป่ตู้17
故障部位
表16.2 PLC硬件故障诊断表
故障现象
故障原因
备注
误运算 CPU单元
运算滞后
噪声干扰，电源电压剧烈变化，CPU故障
主要表现 在
输
出
CPU故障，存储器故障，程序语法错误，语句过长，噪 ON/OFF
声引起的CPU误动作
程序消失
存储器 单元
部分程序变化
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
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
输入单元的连接器接触不良。输入电源故障或断线。 时 可 判 断
CPU的输入器件不良。扩展单元、扩展机架的连接电缆 为 接 触 不
故障或断线。COM端子上外部接线脱落
良所致
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，连接器、 电缆接触不良，输入信号设备的输出配线故障
（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。
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7．PROM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。
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16.2.2 CPU单元的故障诊断与排除 1．PLC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 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。
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图16.9 PLC内部结构图
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表16.3 CPU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 运算部分故障 存储器故障
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 更换故障单元 回路故障，如振荡回路、复位回路等。程序变化
（2）程序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。
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故障部 位
故障现象
特定的输出部分无 输出
输出单 元
特定输出一直保持ON状态
全部无输出
故障原因
续表
备注
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