PLC系统故障分类和故障诊断

毕业论文

PLC系统故障分类和故障诊断

2012年 10 月

PLC系统故障分类和故障诊断

摘要

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。

关键词：PLC控制系统故障诊断排除

目录

一、PLC技术 (1)

二、PLC的历史及发展 (1)

1、早期的PLC(60年代末—70年代中期) (1)

2、中期的PLC(70年代中期—80年代中，后期) (1)

3、近期的PLC(80年代中、后期至今) (1)

4、PLC的功能与应用 (2)

5、PLC的基本工作原理 (2)

三、 PLC控制系统的组成及工作原理 (3)

四、 PLC控制系统故障类型 (4)

1、外部设备故障 (4)

2、系统故障 (4)

3、硬件故障 (4)

4、软件故障 (4)

五、 PLC控制系统的故障自诊断 (5)

1、 PLC的自诊断测试 (5)

2、 PLC控制系统的故障自诊断 (5)

六、 PLC控制系统故障分布和分层排除 (6)

1、第一层故障 (7)

2、第二层故障 (7)

3、第三层故障 (7)

七、结束语 (8)

参考文献 (9)

一、PLC技术

可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC

二、PLC的历史及发展

1、早期的PLC(60年代末—70年代中期)

早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。

2、中期的PLC(70年代中期—80年代中，后期)

在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)。

这样，使PLC得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC的应用范围得以扩大。

3、近期的PLC(80年代中、后期至今)

进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。

4、PLC的功能与应用

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：

4.1 开关量逻辑控制

取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

4.2工业过程控制

在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

4.3 运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

5、PLC的基本工作原理

5.1 PLC的工作方式

PLC源于用计算机控制来取代继电接触器，所以PLC具有同通用计算机的相同之处，如具有相同基本结构和相同的指令执行原理。但是，两者的工作方式上确有着重要的区别，不同之处体现在PLC的CPU上采用循环扫描工作方式，集中进行输入采样，集中进行输出刷新，I/O映像区分别存放执行程序之前的各输入状态和执行过程中个结果的状态。

5.2 PLC的工作扫描方式

PLC的循环扫描工作方式过程，一般包括五个阶段，内部处理与自诊断、外部进行通信处理、输入采样、用户程序执行、输出刷新。

5.3 PLC的扫描周期

PLC全过程扫描一次所需的时间定为一个扫描周期。

5.4 PLC扫描周期的计算

一个完整的扫描周期可由自诊时间，通信时间，扫描I/O时间和扫描用户程序时间相加。

PLC控制系统固定后，扫描周期将主要随着扫描用户程序时间的长短而增减，当机型确定后，扫描周期就确定了，扫描用户程序时间的长短将随着用户梯形图的长短而增减了。

5.5 PLC同传统继电器的异同

继电器控制装置采用硬逻辑并行运算的方式，一个继电器线圈的通断，将会影响该继电器所有常开和常闭触点的动作，同触点在控制线路的位置无关。PLC 的CPU采用循环扫描的工作方式，一个软继电器线圈的通断，只会影响该继电器扫描的接点动作，但是由于CPU的运算处理的速度很高，使得从外观上看，用户程序是同时运行的。

三、 PLC控制系统的组成及工作原理

PLC控制系统主要由现场控制对象设备和PLC组成。其中PLC的组成部分包括输入部分、CPU、采样部分、输出控制和通讯部分。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、AD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。如图1所示。