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PLC故障排查步驟的思路和方法

2019年05月27日 13:14:34 供稿:網絡

PLC硬件損壞或軟件運行出錯的概率極低,檢查故障時,重點應放在PLC的外圍電氣元件,PLC的故障大多數是外圍接口信號故障,維修時,只要PLC有部分控制的動作正常,就不用懷疑PLC的程序問題。確認運算程序有輸出,而PLC的接口沒有輸出,則為接口電路故障。PLC系統的硬件故障多于軟件故障,大多是外部信號不滿足或執行元件故障引起,而不是PLC系統的問題。

可根據PLC輸入、輸出狀態來判斷故障。PLC的輸入輸出信號都要通過I/O通道,有些故障會在I/O接口通道上反映出來,有時通過觀察I/O接口狀態,就可找出故障原因。

PLC都具有自診斷功能,檢查故障時可根據報警信息,查明原因并確定故障部位,也是檢查和排除PLC故障的基本手段和方法。先判斷故障是全局還是局部的,上位機顯示多處控制元件工作不正常,提示很多報警信息,就需要檢查CPU模塊、存儲器模塊、通信模塊及電源等公共部分。

經驗表明PLC控制系統出現的絕大部分故障,都是通過PLC程序檢查出來的。PLC控制系統的動作都是按照一定順序來完成的,觀察系統的動作過程,比較故障和正常時的情況,大多可發現疑點,判斷出現故障原因。有些故障可在屏幕上直接顯示出報警原因,有些雖然有報警信息,但并沒有直接反映出報警的原因;還有些故障不產生報警信息,只是有些動作不執行;遇到以上兩種情況,跟蹤PLC程序的運行是檢查故障的有效方法。 

PLC系統故障分析

PLC主要由中央處理單元、輸入接口、輸出接口、通信接口等部分組成,其中CPU是PLC的核心,I/0部件是連接現場設備與CPU之間的接口電路,通信接口用于與編程器和上位機連接。對于整體式PLC,所有部件都裝在同一機殼內;對于模塊式PLC,各功能部件獨立封裝,稱為模塊或模板,各模塊通過總線連接,安裝在機架或導軌上。

PLC控制系統故障分為軟件故障和硬件故障兩部分。PLC系統包括中央處理器、主機箱、擴展機箱、I/O模塊及相關的網絡和外部設備。現場生產控制設備包括I/0端口和現場控制檢測設備,如繼電器、接觸器、閥門、電動機等。

1、PLC軟件故障

PLC具有自診斷能力,發生模塊功能錯誤時往往能報警并按預先程序作出反應,通過故障指示燈就可判斷。當電源正常,各指示燈也指示正常,特別是輸入信號正常,但系統功能不正常(輸出無或亂)時,本著先易后難、先軟后硬的檢修原則首先檢查用戶程序是否出現問題。

用戶程序儲存在PLC的RAM中,是掉電易失性的,當后備電池故障系統電源發生閃失時,程序丟失或紊亂的可能性就很大,強烈的電磁干擾也會引起程序出錯。

2、PLC硬件故障

①PLC主機系統故障

A、電源系統故障。電源在連續工作、散熱中,電壓和電流的波動沖擊是不可避免的。

B、通訊網絡系統故障。通訊及網絡受外部干擾的可能性大,外部環境是造成通訊外部設備故障的最大因素之一。系統總線的損壞主要由于PLC多為插件結構,長期使用插拔模塊會造成局部印刷板或底板、接插件接口等處的總線損壞,在空氣溫度變化、濕度變化的影響下,總線的塑料老化、印刷線路的老化、接觸點的氧化等都是系統總線損耗的原因。

②PLC的I/O端口故障。

I/O模塊的故障主要是外部各種干擾的影響,首先要按照其使用的要求進行使用,不可隨意減少其外部保護設備,其次分析主要的干擾因素,對主要干擾源要進行隔離或處理。

③現場控制設備故障

A、繼電器、接觸器。減少此類故障應盡量選用高性能繼電器,改善元器件使用環境,減少更換的頻率。現場環境如果惡劣,接觸器觸點易打火或氧化,然后發熱變形直至不能使用。

B、閥門或閘板等類設備。長期使用缺乏維護,機械、電氣失靈是故障產生的主要原因,因這類設備的關鍵執行部位,相對的位移一般較大,或者要經過電氣轉換等幾個步驟才能完成閥門或閘板的位置轉換,或者利用電動執行機構推拉閥門或閘板的位置轉換,機械、電氣、液壓等各環節稍有不到位就會產生誤差或故障。

C、開關、極限位置、安全保護和現場操作上的一些元件或設備故障,其原因可能是因為長期磨損,或長期不用而銹蝕老化。對于這類設備故障的處理主要體現在定期維護,使設備時刻處于完好狀態。對于限位開關尤其是重型設備上的限位開關除了定期檢修外,還要在設計的過程中加入多重的保護措施。

D、PLC系統中的子設備,如接線盒、線端子、螺栓螺母等處故障。這類故障產生的原因主要是設備本身的制作工藝、安裝工藝及長期的打火、銹蝕等造成。根據工程經驗,這類故障一般是很難發現和維修的。所以在設備的安裝和維修中一定要按照安裝要求的安裝工藝進行,不留設備隱患。

E、傳感器和儀表故障。這類故障在控制系統中一般反映在信號的不正常。這類設備安裝時信號線的屏蔽層應單端可靠接地,并盡量與動力電纜分開敷設,特別是高干擾的變頻器輸出電纜,而且要在PLC內部進行軟件濾波。

F、電源、地線和信號線的噪聲(干擾)故障。

PLC系統故障實例分析

1、PLC軟故障實例

一臺停機一段時間的PLC控制系統上電后無法啟動

故障檢查、處理:檢修人員在檢查后認為程序出錯,很自然地將EPROM卡插人PLC中,總清后拷貝程序,完成后重啟,故障依舊,由于程序不大,逐條把EPROM上的程序讀出,與手冊上的指令核對后發現完全一樣,重復拷貝無效后認為是PLC硬件故障。用PG將備份程序調出,與EPROM上的程序進行比對,結果語句指令表相同,但程序存放地址發生了變化,把備份程序發送到PLC后設備運行正常。可見EPROM上的程序也出現了錯誤,擦除后重新寫入問題解決。

2、PLC硬件故障實例

①某石化裝置西門子PLC(S7-300,CPU315-2DP)在使用時,突然停止運行

故障檢查、分析:檢查報警燈、程序、供電電源,在檢查報警時,發現CPU上BAT燈亮起。檢査程序時,發現沒有對電池失效進行故障處理。

故障處理:更換CPU電池,對電池失效故障在程序中進行相應處理。

②某日晚,壓縮機PLC與主控PLC通訊突然中斷,主控DCS上顯示壓縮機PLC與主控PLC通訊中斷報警,壓縮機控制室里的電機信號在主控合成DCS上均顯示紅色(停止狀態),壓縮機控制室里的一些流量、壓力、溫度等信號,在主控合成DCS上均顯示高低報警。由于通訊中斷使壓縮機控制室里一些重要聯鎖不能送到主控,從而使全廠停車

故障檢查、分析:從理論上講,引起壓縮機PLC和主控PLC通訊中斷的原因主要是兩個:一個是軟件不同步;另一個是由于硬件如CP525卡、CPU卡故障。

首先從軟件方面進行處理。在主控PLC進行了同步操作,強制通訊數據字DW13的第14位,結果通訊仍然沒有建立起來,看來不是主控PLC不同步引起的。接著在壓縮機PLC對其進行了同步操作,強制通訊數據字MW10的第14位,結果通訊建立。從而確認這次壓縮機的PLC與主控PLC通訊中斷的原因是由于壓縮機程序不同步引起的,造成程序不同步的原因是外界的電磁干擾。

故障處理:為了避免此類故障的再次發生,應加強控制室的屏蔽,禁止在控制室使用移動電話等通訊工具。

③西門子PLC(S7-300)的SF燈報警

故障檢查、分析:SF燈報警說明輸入點有故障。故障處理:檢查各個輸入點工作狀態,在檢查時發現現場一臺溫度變送器沒有輸入信號,經處理后故障消失。

④PLC某個輸入點外部沒有被接通(即使拆開該輸人端子上的連接線效果也相同),但該輸入點實際已經被接通而且相應輸入指示燈常亮

故障分析:判斷該端子的相鄰端子已經被接通,而PLC的輸入端子之間存在鐵屑,導致了該輸入點被接通,或該輸入點已經被損壞。

故障處理:拆開PLC的所有輸入端子的連線,發現輸入端子排上存在很多鐵屑,將端子上的鐵屑吹干凈,然后恢復接線,故障被排除。

⑤控制系統PLC數字輸入卡SF燈變紅色

故障檢查、分析:將卡件電源重新送電后,故障現象依然存在;重新啟動PLC主機后,故障指示燈仍舊是紅色。于是對卡件所接收的現場信號一一進行檢查后發現一回訊開關有異常。用萬用表測量后發現,回路電阻無窮大,這說明回訊開關壞而被數字輸入卡檢測到。

故障處理:更換備件后故障指示燈滅。

⑥造粒機PLC控制系統模擬輸入卡接收的現場信號在DCS上指示無窮大

故障檢查、分析:分析可能是現場壓力變送器和接線箱之間相互連接的通訊電纜出現故障,于是更換通訊電纜,但現象依然如故。仔細檢查分析整個回路后發現,在回路中容易出現的地方有三個,壓力變送器本身、通訊電纜、卡件,壓力變送器、通訊電纜都已排除。將卡件拆開來看后發現里面的一個小的集成塊已經被燒毀。

故障處理:更換卡件。

⑦兩個PLC互為熱備的控制器中只有一個能夠運行,另一個始終處于停止

故障檢查、分析:將整個控制柜斷電、送電后同時啟動兩個PLC主機還是只有一個PLC主機運行。查詢相關資料后發現OB70,OB72兩個系統功能塊負責冗余故障,如果沒有插入這兩個功能塊則系統冗余丟失,即只有一個CPU能夠運行。

故障處理:插入這兩個系統功能塊后,控制系統恢復正常。

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