【導(dǎo)讀】PLC技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各控制領(lǐng)域，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中，它具有其它控制器無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境里，仍然可以十分正常地工作。作為PLC本身，它的故障發(fā)生率非常低，但對(duì)以PLC為核心的PLC控制系統(tǒng)而言，組成系統(tǒng)的其他外部元器件（如傳感器和執(zhí)行器）、外部輸入信號(hào)和軟件本身，都很可能發(fā)生故障，從而使整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障，有時(shí)還會(huì)燒壞PLC，使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至危及人的生命安全。所以技術(shù)人員必須熟悉PLC技術(shù),并能夠熟練地診斷和排除PLC在運(yùn)行中的故障。
PLC控制系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的基本原理是利用PLC的邏輯或運(yùn)算功能，把連續(xù)獲得的被控過(guò)程的各種狀態(tài)不斷地與所存儲(chǔ)的理想（或正確）狀態(tài)進(jìn)行比較．發(fā)現(xiàn)它們之間的差異，并檢查差異是否在所允許的范圍內(nèi)（包括時(shí)間范圍和數(shù)值范圍）。若差異超出了該范圍，則按事先設(shè)定的方式對(duì)該差異進(jìn)行譯碼，最后以簡(jiǎn)單的、或較完善的方式給出故障信息報(bào)警。故障診斷的功能包括故障的檢測(cè)和判斷及故障的信息輸出。常見(jiàn)的PLC控制系統(tǒng)中，其故障的情況是多種多樣的。
PLC控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)和故障類(lèi)型
PLC控制系統(tǒng)主要由輸入部分、CPU、采樣部分、輸出控制和通訊部分組成，如圖1所示。輸入部分包括控制面板和輸入模板；采樣部分包括采樣控制模板、AD轉(zhuǎn)換模板和傳感器；CPU作為系統(tǒng)的核心，完成接收數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，輸出控制信號(hào)；輸出部分有的系統(tǒng)用到DA模板，將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)，經(jīng)過(guò)功放驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器；大多數(shù)系統(tǒng)直接將輸出信號(hào)給輸出模板，由輸出模板驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器工作；通訊部分由通訊模板和上位機(jī)組成。
因?yàn)镻LC本身的故障可能性極小，系統(tǒng)的故障主要來(lái)自外圍的元部件，所以它的故障可分為如下幾種：
（1）輸入故障，即操作人員的操作失誤；
- 傳感器故障
- 執(zhí)行器故障
- LC軟件故障
這些故障，都可以用合適的故障診斷方法進(jìn)行分析和用軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)故障進(jìn)行預(yù)報(bào)和處理。
PLC控制系統(tǒng)的故障診斷方法
PLC控制系統(tǒng)故障的宏觀診斷
故障的宏觀診斷就是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，參照發(fā)生故障的環(huán)境和現(xiàn)象來(lái)確定故障的部位和原因。PLC控制系統(tǒng)的故障宏觀診斷方法如下：
是否為使用不當(dāng)引起的故障，如屬于這類(lèi)故障，則根據(jù)使用情況可初步判斷出故障類(lèi)型、發(fā)生部位。常見(jiàn)的使用不當(dāng)包括供電電源故障、端子接線故障、模板安裝故障、現(xiàn)場(chǎng)操作故障等。
如果不是使用故障，則可能是偶然性故障或系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)所引發(fā)的故障。對(duì)于這類(lèi)故障可按PLC的故障分布，依次檢查、判斷故障。首先檢查與實(shí)際過(guò)程相連的傳感器、檢測(cè)開(kāi)關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和負(fù)載是否有故障：然后檢查PLC的I/O模板是否有故障：最后檢查PLC的CPU是否有故障。
在檢查PLC本身故障時(shí)，可參考PLC的CPU模板和電源模板上的指示燈。
采取上述步驟還檢查不出故障部位和原因，則可能是系統(tǒng)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，此時(shí)要重新檢查系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。
PLC控制系統(tǒng)的故障自診斷
故障自診斷是系統(tǒng)可維修性設(shè)計(jì)的重要方面，是提高系統(tǒng)可靠性必須考慮的重要問(wèn)題。自診斷主要采用軟件方法判斷故障部分和原因。不同控制系統(tǒng)自診斷的內(nèi)容不同。PLC有很強(qiáng)的自診斷能力，當(dāng)PLC出現(xiàn)自身故障或外圍設(shè)備故障，都可用PLC上具有的診斷指示功能的發(fā)光二極管的亮、滅來(lái)查找。
總體診斷
根據(jù)總體檢查流程圖找出故障點(diǎn)的大方向，逐漸細(xì)化，以找出具體故障，如圖2所示。
電源故障診斷
電源燈不亮,需對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行診斷.如果電源燈不亮,首先檢查是否有電,如果有電,則下一步就檢查電源電壓是否合適,不合適就調(diào)整電壓,若電源電壓合適,則下一步就是檢查熔絲是否燒壞,如果燒壞就更換熔絲檢查電源,如果沒(méi)有燒壞,下一步就是檢查接線是否有誤,若接線無(wú)誤,則應(yīng)更換電源部件.
運(yùn)行故障診斷
電源正常，運(yùn)行指示燈不亮，說(shuō)明系統(tǒng)已因某種異常而終止了正常運(yùn)行。檢查流程如圖3所示.
圖3 運(yùn)行故障診斷流程圖
輸入輸出故障診斷
輸人輸出是PLC與外部設(shè)備進(jìn)行信息交流的通道，其是否正常工作，除了和輸入輸出單元有關(guān)外，還與聯(lián)接配線、接線端子、保險(xiǎn)絲等元件狀態(tài)有關(guān)。
出現(xiàn)輸入故障時(shí)，首先檢查L(zhǎng)ED電源指示器是否響應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)元件（如按鈕、行程開(kāi)關(guān)等）。如果輸入器件被激勵(lì)（即現(xiàn)場(chǎng)元件已動(dòng)作），而指示器不亮，則下一步就應(yīng)檢查輸入端子的端電壓是否達(dá)到正確的電壓值。若電壓值正確，則可替換輸入模塊。若一個(gè)LED邏輯指示器變暗，而且根據(jù)編程器件監(jiān)視器、處理器未識(shí)別輸入，則輸入模塊可能存在故障。如果替換的模塊并未解決問(wèn)題且連接正確，則可能是I／O機(jī)架或通信電纜出了問(wèn)題。
出現(xiàn)輸出故障時(shí)，首先應(yīng)察看輸出設(shè)備是否響應(yīng)LED狀態(tài)指示器。若輸出觸點(diǎn)通電，模塊指示器變亮，輸出設(shè)備不響應(yīng)。那么，首先應(yīng)檢查保險(xiǎn)絲或替換模塊。若保險(xiǎn)絲完好，替換的模塊未能解決問(wèn)題，則應(yīng)檢查現(xiàn)場(chǎng)接線。若根據(jù)編程設(shè)備監(jiān)視器顯示一個(gè)輸出器被命令接通，但指示器關(guān)閉，則應(yīng)替換模塊。
在診斷輸入／輸出故障時(shí)，最佳方法是區(qū)分究竟是模塊自身的問(wèn)題，還是現(xiàn)場(chǎng)連接上的問(wèn)題。如果有電源指示器和邏輯指示器，模塊故障易于發(fā)現(xiàn)。通常，先是更換模塊，或測(cè)量輸入或輸出端子板兩端電壓測(cè)量值正確，模塊不響應(yīng)，則應(yīng)更換模塊。若更換后仍無(wú)效，則可能是現(xiàn)場(chǎng)連接出問(wèn)題了。輸出設(shè)備截止，輸出端間電壓達(dá)到某一預(yù)定值，就表明現(xiàn)場(chǎng)連線有誤。若輸出器受激勵(lì)，且LED指示器不亮，則應(yīng)替換模塊。如果不能從I／O模塊中查出問(wèn)題，則應(yīng)檢查模塊接插件是否接觸不良或未對(duì)準(zhǔn)。最后，檢查接插件端子有無(wú)斷線，模塊端子上有無(wú)虛焊點(diǎn)。
指示診斷
LED狀態(tài)指示器能提供許多關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、連接和I／O模塊的信息。大部分輸入／輸出模塊至少有一個(gè)指示器。輸入模塊常設(shè)電源指示器，輸出模塊則常設(shè)一個(gè)邏輯指示器。
對(duì)于輸入模塊，電源LED顯示表明輸入設(shè)備處于受激勵(lì)狀態(tài)，模塊中有一信號(hào)存在。該指示器單獨(dú)使用不能表明模塊的故障。邏輯LED顯示表明輸入信號(hào)已被輸入電路的邏輯部分識(shí)別 。如果邏輯和電源指示器不能同時(shí)顯示，則表明模塊不能正確地將輸入信號(hào)傳遞給處理器。輸出模塊的邏輯指示器顯示時(shí)，表明模塊的邏輯電路已識(shí)別出從處理器來(lái)的命令并接通。除了邏輯指示器外，一些輸出模塊還有一只保險(xiǎn)絲熔斷指示器或電源指示器，或二者兼有。保險(xiǎn)絲熔斷指示器只表明輸出電路中的保護(hù)性保險(xiǎn)絲的狀態(tài)；輸出電源指示器顯示時(shí)，表明電源已加在負(fù)載上。像輸入模塊的電源指示器和邏輯指示器一樣，如果不能同時(shí)顯示，表明輸出模塊就有故障了。
PLC控制系統(tǒng)的維護(hù)
日常維護(hù)
PLC的日常維護(hù)和保養(yǎng)比較簡(jiǎn)單，主要是更換保險(xiǎn)絲和鋰電池,?基本沒(méi)有其它易損元器件。由于存放用戶程序的隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）、計(jì)數(shù)器和具有保持功能的輔助繼電器等均用鋰電池保護(hù)，鋰電池的壽命大約為5年，當(dāng)鋰電池的電壓逐漸降低到一定程度時(shí)，PLC基本單元上電池電壓跌落到指示燈亮，提示用戶注意有鋰電池所支持的程序還可保留一周左右，必須更換電池，這是日常維護(hù)的主要內(nèi)容。
調(diào)換鋰電池的步驟為：
- 在拆裝前，應(yīng)先讓PLC通電15秒以上（這樣可使作為存儲(chǔ)器備用電源的電容器充電，在鋰電池?cái)嚅_(kāi)后，該電容可對(duì)PLC做短暫供電，以保護(hù)RAM?中的信息不丟失）；
- 斷開(kāi)PLC的交流電源；
- 打開(kāi)基本單元的電池蓋板；
- 取下舊電池，裝上新電池；
- 蓋上電池蓋板。
注意更換電池時(shí)間要盡量短，一般不允許超過(guò)3分鐘。如果時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，RAM中的程序?qū)⑾А?/div>
此外,應(yīng)注意更換保險(xiǎn)絲時(shí)要采用指定型號(hào)的產(chǎn)品。
I/O模塊的更換
若需替換一個(gè)模塊，用戶應(yīng)確認(rèn)被安裝的模塊是同類(lèi)型。有些I/O系統(tǒng)允許帶電更換模塊，而有些則需切斷電源。若替換后可解決問(wèn)題，但在一相對(duì)較短時(shí)間后又發(fā)生故障，那么用戶應(yīng)檢查能產(chǎn)生電壓的感性負(fù)載，也許需要從外部抑制其電流尖峰。如果保險(xiǎn)絲在更換后易被燒斷，則有可能是模塊的輸出電流超限，或輸出設(shè)備被短路。
PLC的故障診斷是一個(gè)十分重要的問(wèn)題，是保證PLC控制系統(tǒng)正常、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。本文對(duì)常用的故障診斷方法進(jìn)行了探討。在實(shí)際工作過(guò)程中，應(yīng)充分考慮到對(duì)PLC的各種不利因素，定期進(jìn)行檢查和日常維護(hù)，以保證PLC控制系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行。
編者按：雖說(shuō)集成電路代換有方，但拆卸畢竟較麻煩。因此，在拆之前應(yīng)確切判斷集成電路是否確實(shí)已損壞及損壞的程度，避免盲目拆卸。本文介紹了僅用萬(wàn)用表作為檢測(cè)工具的不在路和在路檢測(cè)集成電路的方法和注意事項(xiàng)。文中所述在路檢測(cè)的四種方法（直流電阻、電壓、交流電壓和總電流的測(cè)量）是業(yè)余維修中實(shí)用且常用的檢測(cè)法。這里，也希望大家提供其他實(shí)用的（集成電路和元器件）判別檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)。
一、不在路檢測(cè)
這種方法是在ＩＣ未焊入電路時(shí)進(jìn)行的，一般情況下可用萬(wàn)用表測(cè)量各引腳對(duì)應(yīng)于接地引腳之間的正、反向電阻值，并和完好的ＩＣ進(jìn)行比較。
二、在路檢測(cè)
這是一種通過(guò)萬(wàn)用表檢測(cè)ＩＣ各引腳在路（ＩＣ在電路中）直流電阻、對(duì)地交直流電壓以及總工作電流的檢測(cè)方法。這種方法克服了代換試驗(yàn)法需要有可代換ＩＣ的局限性和拆卸ＩＣ的麻煩，是檢測(cè)ＩＣ最常用和實(shí)用的方法。
１．在路直流電阻檢測(cè)法
這是一種用萬(wàn)用表歐姆擋，直接在線路板上測(cè)量ＩＣ各引腳和外圍元件的正反向直流電阻值，并與正常數(shù)據(jù)相比較，來(lái)發(fā)現(xiàn)和確定故障的方法。測(cè)量時(shí)要注意以下三點(diǎn)：
(1)測(cè)量前要先斷開(kāi)電源，以免測(cè)試時(shí)損壞電表和元件。
(2)萬(wàn)用表電阻擋的內(nèi)部電壓不得大于６Ｖ，量程最好用Ｒ×１００或Ｒ×１ｋ擋。
(3)測(cè)量ＩＣ引腳參數(shù)時(shí)，要注意測(cè)量條件，如被測(cè)機(jī)型、與ＩＣ相關(guān)的電位器的滑動(dòng)臂位置等，還要考慮外圍電路元件的好壞。
２．直流工作電壓測(cè)量法
這是一種在通電情況下，用萬(wàn)用表直流電壓擋對(duì)直流供電電壓、外圍元件的工作電壓進(jìn)行測(cè)量；檢測(cè)ＩＣ各引腳對(duì)地直流電壓值，并與正常值相比較，進(jìn)而壓縮故障范圍，找出損壞的元件。測(cè)量時(shí)要注意以下八點(diǎn)：
(1)萬(wàn)用表要有足夠大的內(nèi)阻，至少要大于被測(cè)電路電阻的１０倍以上，以免造成較大的測(cè)量誤差。
(2)通常把各電位器旋到中間位置，如果是電視機(jī)，信號(hào)源要采用標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)發(fā)生器。
(3)表筆或探頭要采取防滑措施。因任何瞬間短路都容易損壞ＩＣ。可采取如下方法防止表筆滑動(dòng)：取一段自行車(chē)用氣門(mén)芯套在表筆尖上，并長(zhǎng)出表筆尖約０．５ｍｍ左右，這既能使表筆尖良好地與被測(cè)試點(diǎn)接觸，又能有效防止打滑，即使碰上鄰近點(diǎn)也不會(huì)短路。
(4)當(dāng)測(cè)得某一引腳電壓與正常值不符時(shí)，應(yīng)根據(jù)該引腳電壓對(duì)ＩＣ正常工作有無(wú)重要影響以及其他引腳電壓的相應(yīng)變化進(jìn)行分析，才能判斷ＩＣ的好壞。
(5)ＩＣ引腳電壓會(huì)受外圍元器件影響。當(dāng)外圍元器件發(fā)生漏電、短路、開(kāi)路或變值時(shí)，或外圍電路連接的是一個(gè)阻值可變的電位器，則電位器滑動(dòng)臂所處的位置不同，都會(huì)使引腳電壓發(fā)生變化。
(6)若ＩＣ各引腳電壓正常，則一般認(rèn)為ＩＣ正常；若ＩＣ部分引腳電壓異常，則應(yīng)從偏離正常值最大處入手，檢查外圍元件有無(wú)故障，若無(wú)故障，則ＩＣ很可能損壞。
(7)對(duì)于動(dòng)態(tài)接收裝置，如電視機(jī)，在有無(wú)信號(hào)時(shí)，ＩＣ各引腳電壓是不同的。如發(fā)現(xiàn)引腳電壓不該變化的反而變化大，該隨信號(hào)大小和可調(diào)元件不同位置而變化的反而不變化，就可確定ＩＣ損壞。
(8)對(duì)于多種工作方式的裝置，如錄像機(jī)，在不同工作方式下，ＩＣ各引腳電壓也是不同的。
３．交流工作電壓測(cè)量法
為了掌握ＩＣ交流信號(hào)的變化情況，可以用帶有ｄＢ插孔的萬(wàn)用表對(duì)ＩＣ的交流工作電壓進(jìn)行近似測(cè)量。檢測(cè)時(shí)萬(wàn)用表置于交流電壓擋，正表筆插入ｄＢ插孔；對(duì)于無(wú)ｄＢ插孔的萬(wàn)用表，需要在正表筆串接一只０．１～０．５μＦ隔直電容。該法適用于工作頻率比較低的ＩＣ，如電視機(jī)的視頻放大級(jí)、場(chǎng)掃描電路等。由于這些電路的固有頻率不同，波形不同，所以所測(cè)的數(shù)據(jù)是近似值，只能供參考。
４．總電流測(cè)量法
該法是通過(guò)檢測(cè)ＩＣ電源進(jìn)線的總電流，來(lái)判斷ＩＣ好壞的一種方法。由于ＩＣ內(nèi)部絕大多數(shù)為直接耦合，ＩＣ損壞時(shí)（如某一個(gè)ＰＮ結(jié)擊穿或開(kāi)路）會(huì)引起后級(jí)飽和與截止，使總電流發(fā)生變化。所以通過(guò)測(cè)量總電流的方法可以判斷ＩＣ的好壞。也可用測(cè)量電源通路中電阻的電壓降，用歐姆定律計(jì)算出總電流值。
以上檢測(cè)方法，各有利弊，在實(shí)際應(yīng)用中最好將各種方法結(jié)合起來(lái)，靈活運(yùn)用。
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