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  PLC控制系统的故障分布

1.故障的自诊断
PLC具有一定的自诊断能力，无论PLC自身故障还是外部设备故障，绝大部分都可由PLC的面板故障指示灯来判断故障部位，能够大大提高故障诊断的速度和准确性。
（1）电源指示灯(POWER)
        当PLC的工作电源接通并符合额定电压要求时，该灯亮；否则，说明电源有故障。
（2）运行指示灯(RUN)
      当编程器面板上的“PROGRAM/MONITOR”开关打在“MONITOR”位置(非编程状态)，该灯亮；否则，则说明PLC接线不正确或者CPU芯片、RAM芯片有问题。
（3）锂电池电压指示灯(BATT•V)
      锂电池电压正常时，该灯一直不亮；否则，说明锂电池的电压已经下降到额定值以下，提醒维修人员要在一周内更换锂电池。
 （4）程序出错指示灯(CPU•E)
      当PLC的硬件和软件都正常时，该灯不亮；当发生故障时，该灯有两种发光情况：
  ①若该灯闪烁，说明可能发生以下错误：
    a.程序出错，如程序语法错误、程序线路错误、定时器或计数器的常数丢失或超值等。
    b.锂电池电压不足。
    c.由于噪声干扰或线间短路等引起的PLC内“求和”检查错误。
  ②若该灯一直常亮，则说明可能发生以下错误：
    a.由于外来浪涌电压瞬时加到PLC时，引起程序执行出错。
    b.程序执行时间大于0.15s，引起监视器动作。
（5）输入指示灯
    有多少个输入端子，就有多少个输入指示灯。当PLC的输入端加上正常的输入时，输入指示灯应该亮；若正常输入而灯不亮或未加输入而灯亮，说明输入电路有故障。
（6）输出指示灯
    有多少个输出端子就有多少个输出指示灯。按照控制程序，当某个输出继电器通电时，该继电器的输出指示灯就应该亮，若某输出继电器指示灯亮而该路负载不动作，或输出继电器线圈未得电而指示灯亮，说明输出电路有问题，可能是输出触点因过载、短路而烧坏。
2.故障检查流程   
（1）总体检查  
   　根据总体检查的情况，先找出故障点的大方向，然后逐步细化，以找出具体的故障。
     PLC系统的检查是按照电源→系统→报警  → I/O接口 →工作环境的顺序逐一搜索故障区域。
（2）电源系统的检查  
（3）系统运行异常检查  
（4）系统报警检查 
（5）输入输出检查 
作I/O检查时首先应从导线、端子等入手。在系统发生故障后，首先考虑是否是电源故障外，着重应考虑是否为I/O故障。尤其是在系统正常运行过程中，突然发生故障而中止工作或报警时更是如此。

    电子设备的检修主要包括：印刷电路板的拆卸、故障元件位置的确定、故障元件的更换、对修理的印刷电路板作测试。其中困难的是故障元件的定位。故障模板检修步骤:
1.检修前的准备工作  
（1）资料准备  
（2）备件准备 
（3）技术准备  
     技术准备主要是对维修人员提出的要求，主要包括：
 ①熟悉图纸，了解系统的整体功能，弄清每块板的功能，甚至每个元件的作用。
 ②熟练掌握各种测试设备和工具的使用方法。    
 ③积累维修经验，作好每次的维修记录(包括故障现象，故障定位过程，故障处理方法，修理后的测试或使用情况)，对每种故障情况进行分析及统计，逐步积累维修设备的经验。 
 ④提高基础知识水平，自学有关电路、电子学和计算机硬软件方面的知识，经常参加一些专题讲座和学习班，在有条件的情况下，可到大专院校或研究所进行一段时间的进修等。
 2.检修的一般步骤  
（1）故障电路板的拆卸
   作好在修理好故障插件后可以保证恢复到原状态的所有工作。
（2）目测故障  
（3）用万用表检查直流电压
（4）故障元件位置的确定
    确定故障元件位置的方法主要有两种：一是利用常规的测试仪器，根据被测电路板的电路图和功能要求，逐一缩小可疑的区域，后找出故障元件；另一种方法是使用专用的仪器(如逻辑分析仪等)和设备进行故障元件的定位。
①故障区域的确定  对简单的串联系统可采用从前向后或从后向前的测试过程，逐一将故障的可疑区域缩小。为了加快测试过程，还可采用二分法测试。如果系统不是一个简单的串行系统，而是一个具有反馈的复杂系统，则定位故障区域比较困难，有效的方法是将反馈环断开，把它当成一个串联系统进行故障区域的确定。
    在作具体测试时，可以先测直流信号，再测交流信号。因为直流测试时，常可不施加信号(只施加电源)，测试方便，直流电压的量测精度也较高。通常通过直流测试，可检查60％～70％的故障。
②故障元件位置的确定  为了确定故障元件，常采用以下方法：
    a.替换法  在备件充足而且替换容易实现的前提下，将故障区域内的器件逐一用完好的同一类器件替换，直到确定全部的故障元件。
    b.预猜法  先根据故障现象和测量数据，猜测有故障的器件，然后设计一个方案去验证这个猜测是否正确。
    c.分析法  根据测量数据作定量分析，以便从中提取有益于确定故障元件的信息。分析法的关键在于考虑问题的周密性，要将故障的全部可能性都考虑到，否则容易产生误诊断，无法查出真正的故障点。
（5）故障元件的替换  
    用好器件替换故障元件时应注意以下三点： 
①故障元件拆卸时，首先要注意原器件管脚的插接方向，其次在焊下故障元件时注意不要损坏印制电路板和其它元件。
②替换元件的选择尽首先选用与被替换元件完全一致的器件，其次考虑使用参数，体积(外形)管脚基本相同的元器件代替。注意在替换前还需进行测试，确保替换元件的性能良好。
③替换元件安装时，必须进行仔细的校核。需要焊接的必须做清洁处理并挂锡，防止虚焊。元件需要成型的应仿原器件形状。如焊接面积很大，则应使用大功率的烙铁焊接，且焊点尽量呈半球形。
（6）检修后的测试和运行 
 
五、检测标准
    观察各种指示灯显示应正常，输出负载工作正常。

本文以西门子S7-200PLC为例，说明可编程序控制器的安装、检查和维护。当然本章所述的内容对大多数PLC都有一定的指导意义。
    应该特别注意的是，安装和拆卸可编程序控制器的各种模块和相关设备时，必须首先切断电源。如果没有做到这一点，可能会导致设备的损坏和人身安全受到伤害。
1.可编程序控制器安装的一般性指导
下面介绍PLC设计安装的一般方法：
•在对PLC接线时要确保所有的电器符合国家和地区的电气标准。及时同地区的保持联系，以确定哪些标准符合你的特殊需要。
•要正确地使用导线。PLC模块采用的是l.50mm2~ 0.50mm2的导线。
•不要将连接器的螺钉拧得过紧，大的扭矩不要超过0.36Nm（牛顿米）。
•尽量使用短导线（长500米屏蔽线，或300米非屏蔽线），导线要尽量成对使用，用一根中性或公共导线与一根热线或信号线相配对。
•将交流线和大电流快速开关的直流线与小电流的信号线隔开。
•正确地识别和划分PLC模块的接线端子，并在线端留缓冲线圈。
•针对闪电式浪涌，安装合适的浪涌抑制设备。
•外部电源不要与DC输出点并联用作输出负载，这可能导致反向电流冲击输出，除非在安装时使用二极管或其它隔离栅。
•控制设备在不安全条件下可能会失灵，导致被控制设备的误操作。这样的误动作会导致严重的人身伤害和严重损坏设备。可以考虑使用独立于可编程序控制器的紧急停机功能，机电过载保护设备，或其它冗余保护。
2. 使用隔离电路时的接地与电路参考点指南
(1) 使用隔离电路时的接地与电路参考点应遵循以下几点：
•应该为每一个安装电路选一个参考点（0V），这些不同的参考点可能会连在一起，这种连接可能会导致预想不到的电流，它们会导致逻辑错误或损坏电路。产生不同参考电势的原因，经常是由于接地点在物理区域上被分隔的太远。当相距很远的设备被通讯电缆或传感器连接起来的时候，由电缆线和地之间产生的电流就会流经整个电路。即使在很短的距离内，大型设备的负载电流也可以在其与地电势之间产生变化，或者通过电磁作用直接产生不可预知的电流。那些不正确选定参考点的电源，相互之间的电路中有可能产生毁灭性的电流，以致破坏设备。
•当把几个具有不同地电位的CPU连到一个网络时，应该采用隔离的RS－485中继器。
•PLC产品已在特定点上安装了隔离元件，以防止安装中所不期望的电流产生。当你打算安装时，应考虑到哪些地方有这些隔离元件，哪些地方没有。同时你也应考虑到相关电源之间的隔离以及其它设备的隔离，还有相关电源的参考点都在什么地方。
•选择一个接地参考点，并且用隔离元件来破坏可能产生不可预知电流的无用的电流回路。请记住在暂时性连接中可能引入新的电路参考点，比如说编程设备与CPU连接的时候。
•在现场接地时，一定要随时注意接地的安全性，并且要正确地操作隔离保护设备。
•在大部分的安装中，如果把传感器的供电M端子接到地上可以获得的噪声抑制。
   上面是概述的PLC0的隔离特性，但某些特性对于特殊产品可能会有所不同。请参考各PLC系统手册，从中可以查到你的产品的电路中包含哪些隔离元件及它们的隔离级别。级别小于1500V AC的隔离元件只能用作功能隔离，而不能用作安全隔离层。
(2) PLC的隔离特性
下述PLC的隔离特性可以作为使用时的参考。
•CPU逻辑参考点与DC传感器提供的M点类似。
•CPU逻辑参考点与采用DC电源供电的CPU输入电源提供的M点类似。
•CPU通讯端口与CPU逻辑口(DP口除外)，具有同样的参考点。
•模拟输入及输出与CPU逻辑不隔离，模拟输入采用差动输入并提供低压公共模式的滤波电路。
•逻辑电路与地之间的隔离为 500V AC。
•DC数字输入和输出与CPU逻辑之间的隔离为 500V AC。
•DC数字 I／O组的点之间隔离为 500V AC。
•继电器输出、AC输出和输入与CPU逻辑之间的隔离为1500VAC。
•继电器输出组的点之间隔离为1500V AC。
•AC电源线和零线与地、CPU逻辑以及所有的l／O之间的隔离为1500V AC。
3. 电源的安装 
(1)交流输入PLC安装指南
下列条目是 AC交流接线安装时的一般性指南。
•用一个单刀开关将电源与CPU、所有的输入电路和输出（负载）电路隔离。
•用一台过流保护设备以保护CPU的电源、输出点以及输入点。也可以为每个输出点加上保险丝进行范围更广的保护。
•当你使用 Micro PLC 24V DC传感器电源时，可以取消输入点的外部过流保护，因为该传感器电源具有短路保护功能。
•将PLC的所有地线端子和近接地点相连接，以获得的抗干扰能力。建议所有都使用1.50mm2的电线连接到独立导电点上（亦称一点接地）。
•本机单元的直流传感器电源可用作为本机单元的输入和扩展DC输入以及扩展继电器线圈供电，这一传感器电源具有短路保护功能。
•在大部分的安装中，如果把传感器的供电M端子接到地上可以获得的噪声抑制。
(2) 直流输入PLC安装指南
下列条目是DC隔离安装接线的一般性指南。
•用一个单刀开关将电源同CPU、所有的输入电路和输出（负载）电路隔离开。
•用过流保护设备以保护CPU电源，输出点，以及输入点。也可以在每个输出点加上保险丝进行过流防护。使用Micro 24V DC传感器电源时，可以取消输入点的外部过流保护，因为传感器电源内部具有限流功能。
•确保DC电源有足够的抗冲击能力，以保证在负载突变时，可以维持一个稳定的电压，这时需要一个外部电容。
•在大部分的应用中，把所有的DC电源接到地可以得到的噪声抑制。在未接地DC电源的公共端与保护地之间接以电阻与电容并联电路。电阻提供了静电释放通路，电容提供高频噪声通路，它们的典型值是 IM Ω和 4700pF。
•将PLC所有的接地端子同近接地点连接，以获得的抗干扰能力。建议所有的接地端子都使用1.5mm2的导线连接到独立导电点上（亦称一点接地）。
•24V DC电源回路与设备之间，以及120/230VAC电源与危险环境之间，必须提供安全电气隔离。
4. 抑制电路的使用
(1) 抑制电路使用的一般性指导
在感性负载中要加入抑制电路，以抑制在关闭电源时电压的升高。可以采用下面的方法来设计具体的抑制电路。设计的有效性取决于实际的应用，因此必调整参数以适应具体的应用。要保护所有的器件参数与实际应用相符合。
(2) 直流晶体管输出模块的保护
PLC直流晶体管输出内部包含了能适应多种安装的齐纳二极管，对于大电感或频繁开关的感性负载还可以使用外部抑制二极管来防止击穿内部二极管。
也可以采用外接齐纳二极管组成抑制电路。若外加直流电压为24V，则选用的齐纳二极管的击穿电压宜选择在8.2V，功率为5W。
这样当晶体管由导通变为截止时，由于续流二极管为电感能量的释放提供了电流通道，故在电感两端不会形成高压。对于含齐纳二极管的抑制电路，由于齐纳二极管的电压特性，也可以抑制电感两端的高压产生。因而也就不会危害到晶体管了。见图F-1-1。