,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,第,16,章,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,1第16章 PLC系统故障诊断与排除,2,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。,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。,2 PLC的控制系统中的故障分布情况是：CP,3,图,16.1,故障总体检修流程图,3图16.1 故障总体检修流程图,4,图,16.2,故障检查步骤框图,4图16.2 故障检查步骤框图,5,16.1,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。,故障现象,故障分类及原因,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,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,/,输出不动作,输入信号没有读入,CPU,，,CPU,没有发出输出信号,写入器不能操作,没有按下特定键或操作不当，完全不动作,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,表,16.1,PLC,故障现象的分类及故障原因,5 16.1 PLC常见故障种类及诊断方法故障现,6,16.1.2,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。,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。,616.1.2 故障诊断要点,7,4,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。,（,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。,74不执行程序,8,5,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。,（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。,8 5部分程序不执行,9,7,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。,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。,9 7PROM不能运转,10,16.1.3,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。,图,16.3,CPM1A,面板示意图,10 16.1.3 PLC常见故障及诊断方法图16.3,11,2,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。,11 2PLC故障诊断流程图,12,图,16.4,PLC,故障检查总流程图,12图16.4 PLC故障检查总流程图,13,图,16.5,电源故障检查流程图,13图16.5 电源故障检查流程图,14,图,16.6,运行故障检查流程图,14图16.6 运行故障检查流程图,15,图,16.7,输入故障检查流程图,15图16.7 输入故障检查流程图,16,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。,16图16.8 输出故障检查流程图 16.1.4,17,16.2,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,。,17 16.2 PLC的硬件故障诊断与排除,18,故障部位,故障现象,故,障,原,因,备注,CPU,单元,误运算,噪声干扰，电源电压剧烈变化，,CPU,故障,主要表现在,输出,ON/OFF,运算滞后,CPU,故障，存储器故障，程序语法错误，语句过长，噪声引起的,CPU,误动作,存储器,单,元,程序消失,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,部分程序变化,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,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,输入单元,输入的,ON,或,OFF,状态保持不变,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,，,故障有再现性时可判断为接触不良所致,输入信号全部不能读入,输入单元的连接器接触不良。输入电源故障或断线。,CPU,的输入器件不良。扩展单元、扩展机架的连接电缆故障或断线。,COM,端子上外部接线脱落,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,表16.2,PLC,硬件故障诊断表,18故障部位故障现象故 障 原 因备注CPU单元误运算,19,故障部位,故障现象,故,障,原,因,备注,输出单元,特定的输出部分无,输出,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,特定输出一直保持,ON,状态,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,全部无输出,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,续表,19故障部位故障现象故 障 原 因备注输出单元继电器,20,2,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：, 机械动作状态。向运行人员了解机械部件的运行情况。, 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。,（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。,20 2PLC故障诊断的基本方法,21,（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：, 机械动作状态。向运行人员了解机械部件的运行情况。, 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。,21 （1）发生异常时的识别。发生故障时，为了迅速查出故,22,（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。,（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：, 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。,22 （3）判断是否硬件故障。PLC硬件故障具有持续性和,23, 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。,以上两种情况的故障是断续性的，容易查找。, 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。, 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。,23 检查配线。输入/输出配线有可能断路、短路、接,24,16.2.2,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。,2416.2.2 CPU单元的故障诊断与排除,25,图,16.9,PLC,内部结构图,25图16.9 PLC内部结构图,26,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,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；微处理器的外部回路故障，如振荡回路、复位回路等。程序变化,更换故障单元,运算部分故障,指令执行错误，指令不执行,影响到内部总线信号时，会引起,CPU,故障。更换运算部分,存储器故障,程序存储器和内部继电器故障时。存储器芯片耗电异常增大时，电源不能支持造成程序消失,更换存储器或整个,CPU,单元,电池故障,电压降至一定值或无电压,更换,程序写入接口故障,程序不能写入。不能监视,影响到内部总线信号时，会引起,CPU,故障。更换,I/O,接口故障,输入信号不能输入，输出信号不能输出,更换,护展接口故障,输入信号不能输入，输出信号不能输出,更换基本单元上的或扩展单元上的接口,电源部分故障,5,V,系统本身故障，则,PLC,整机停止工作，,5,V,以外系统故障，则输入或输出不动作，停电检测回路故障，则在电源断开时会引起程序存储器损坏,更换,26表16.3 CPU故障的内部故障诊断处理 故障现象故,27,16.2.3,I/O,单元的故障诊断与排除,1,输入单元的故障诊断,输入单元故障的主要原因是：工作环境的影响，半导体器件的时效变化，噪声源、感应源的影响，输入单元电气规格选择不当等。输入单元故障及维修方法如表,16.4,所示。,表16.4 输入单元故障及维修,故障现象,故,障,原,因,维修方法,输入全部不接通,（动作指示灯不亮）,外部输入电源未接通,接通电源,外部输入电源电压过低,加额定电源电压,接线端子螺丝松动,紧固,端子板连接器接触不良,连接线可靠插入端子板、锁紧，更换端子板连接器,输入回路不良,更换单元,输入全部不关断,输入回路不良,更换单元,2716.2.3 I/O单元的故障诊断与排除表16.4,28,故障现象,故,障,原,因,维修方法,特定编号继电器的输入不接通,输入器件不良,更换,输入配线断线,更换输入配线,外部输入的接通时间过短,调整输入器件,端子板连接器的接触不良,充分插入、锁紧或更换,端子螺丝松动,紧固,输入回路不良,更换单元,特定编号继电器的输入不关断,程序的,OUT,指令中误用了输入继电器号,修改程序,程序的,OUT,指令中误用了输入继电器号,修改程序,输入回路不良,更换单元,输入不规则的,ON/OFF,动作,外部输入电源电压过低,加额定电源电压,噪声引起误动作,采取抗噪措施,端子螺丝松动,紧固,端子连接器接触不良,充分插入、锁紧。更换,输入动作指示灯不亮（动作正常）,LED,损坏,更换单元,续表,28故障现象故 障 原 因维修方法特定编号继电器的输入不接,29,2,输出单元的故障诊断,输出单元的故障现象、故障原因及处理方法如表,16.5,所示。,表16.5 输出单元故障及维修方法,故障现象,故,障,原,因,维修方法,输出全部不接通,未加负载电源,加电源,负载电源电压过低,加额定电源电压,保险丝熔断,更换保险,端子板连接器接触不良,充分插入、锁紧、更换,接线端子螺丝松动,紧固,输出回路不良,更换单元,I/O,总线插座接触不良,更换单元,输出全部不关断,输出回路不良,更换单元,特定编号继电器的输出不接通（动作指示灯灭）,输出信号接通时间过短,修改程序,程序中输出继电器编号重复使用,修改程序,输出回路不良,更换单元,292输出单元的故障诊断表16.5 输出单元故障及维修方,30,故障现象,故,障,原,因,维修方法,特定编号继电器的输出不接通（动作指示灯亮）,输出单元器件不良,更换输出器件,端子螺丝松动,紧固,输出配线有断线,检查输出配线,端子连接器的接触不良,充分插入、锁紧、更换,输出回路不良,更换电路,输出继电器不良,更换继电器,特定编号继电器的输出不关断（动作指示灯灭）,输出继电器不良,更换继电器,存在有漏电流或残余电压，致使输出不能关断,更换负载或加泄漏电阻,特定编号继电器的输出不关断（动作指示灯亮）,程序,OUT,指令的继电器编号重复使用,修改程序,输出回路不良,更换单元,输出不规则的,ON/OFF,输出电压过低,加额定电源电压,噪声引起误动作,采取抗噪措施,程序,OUT,指令的继电器编号重复使用,修改程序,端子螺丝松动,紧固,端子板连接器的接触不良,充分插入、锁紧、更换,输出动作指示灯不亮,LED,坏了,更换单元,续表,30故障现象故 障 原 因维修方法特定编号继电器的输出不接通,31,16.2.4,PLC,的噪声故障,1,噪声三要素,噪声强度耦合强度噪声影响系数的三个要素：噪声源及其强度；耦合媒体及其耦合强度；受噪体的抗噪性。可用公式表达：,噪声影响系数,由此可知，为了减小噪声影响系数，可从减小式中的分子和增大分母入手。受噪体就是使用的,PLC。,减小分子就是要设法减小噪声源的强度和耦合强度，当然最有效的办法是消除噪声源，但有些噪声源却无法消除，只能把它减小到一定程度，如电磁线圈。这时就应分析噪声的耦合媒体、传输途径，并采取有效措施防止噪声侵入，如加装屏蔽、接入噪声滤波器等。,噪声强度耦合强度,受噪体的抗噪性,3116.2.4 PLC的噪声故障噪声强度耦合强度受噪体,32,（,1,）噪声源。在工业现场产生噪声因素很多，例如，继电器触点和开关在放电，继电器线圈和电磁铁线圈断电时产生的浪涌电压，空中电磁波等，都是噪声源。另外，如果把电源也看成是一种信号的话，那么电源电压的波动或瞬停，也可解释成是一种噪声源。典型噪声源如表,16.6,所示。,表16.6 典型噪声源,分类,内,容,例,子,放电噪声,由放电现象产生的噪声：触点间的电弧放电；静电产生的火花放电；直接雷击,过渡现象噪声,由电压、电流剧烈变化产生的噪声：晶闸管的点弧噪声；电源投入时的冲击电流；感性负载断开时产生的浪涌电流；电力线路开闭时的操作过电压；感应雷,无用信号,其他设备上的有用信号，对,PLC,则是多余无用的信号：无用电波,反射噪声,信号线的阻抗失配，反射波,接地电流,接地电流产生的共阻噪声,32 （1）噪声源。在工业现场产生噪声因素很多，例如，继电器,33,（2）噪声侵入途径、耦合媒体。噪声侵入,PLC,的途径有电源、,I/O,部、大地和空中。另外，噪声还会以空中电磁感应或静电感应、导线等作为耦合媒体侵入,PLC，,如表16.7所示。,表16.7 噪声耦合媒体,媒体,内,容,导线,通过导线传播侵入,PLC,空间,辐射，放射电磁场产生的干扰,静电电容，导线间的寄生电容产生的干扰,电磁感应，导线间的互感产生的干扰,33 （2）噪声侵入途径、耦合媒体。噪声侵入PLC的途径有电,34,2,共模噪声和常模噪声,（1）共模噪声。接地（大地）与电源、输入/输出配线之间的噪声所产生的电位差，侵入,PLC,内部回路便引起误动作，称这种噪声为共模噪声，如图16.10所示。它是由于各种外部信号与内部回路间的寄生电容,C,S,在充放电时，引起内部回路上电压剧烈变化所产生的一种噪声。对这种噪声的抗噪性，用户无法采取更有效的措施，完全取决于,PLC,制造厂家所采取的措施。共模噪声源有各导线上感应电弧产生的噪声、高电位的感应电压、电波、静电等。,共模噪声强度取决于寄生电容,C,S,，,金属外壳接地的,PLC,机，共模噪声要弱一些，所以接地是降低这种噪声的主要途径。,图,16.10,共模噪声,34 2共模噪声和常模噪声 共模噪声强度取决于寄生电,35,（2）常模噪声。常模噪声是施加于电源、输入/输出配线之间的一种噪声，也称线间噪声，如图16.11所示。这种噪声主要是接于线路上的感性负载产生的反电势产生的。从电源侧来看，噪声源是来自于接在电源系统中的感性电气设备；从输出系统来看，噪声源就是,PLC,所控制的感性负载。,比较而言，常模噪声比共模噪声对,PLC,的干扰要小一些。用户所能采取的抗噪措施，主要是用来抑制常模噪声的，如加噪声滤波器、隔离变压器、浪涌限制器等等。,图,16.11,常模噪声,35 （2）常模噪声。常模噪声是施加于电源、输入/输出,36,3,噪声故障状态,（1）功能停止。,PLC,机的全部功能停止时，如果通过复位操作又可恢复正常工作，则这种现象大多数是由电源瞬时停电所致。其他还有高频设备的电波干扰等原因。,（2）误运算。,CPU,的误运算故障，大多数是由噪声干扰引起的，可通过自诊断显示判断。具体方法是保持误运算状态，使,PLC,处于“,RUN”,进行程序检查、误输入检查和输入/输出检查，以确定故障范围。,（3）程序变化。噪声过强会引起,CPU,误动作或程序变化；连接着外部设备时，外部设备也会误动作而使程序变化。最好的办法是使程序固化在,ROM,内。,（,4,）误输入、误输出。误输出故障多由误输入引起，而误输入的故障原因中，感应电势的影响比噪声干扰更为严重。感应电势是发生在交流输入上，断开输入测量输入电压就可判断。,36 3噪声故障状态,