PLC系统故障诊断与排除PPT优秀课件

1、1 第第1616章章 PLCPLC系统故障诊断与排除系统故障诊断与排除 内容提要 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 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

2、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。 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 5 16.1 PLC常见故障种类及诊断方法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

3、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 表表16.1 PLC故障现象的分类及故障原因故障现象的分类及故障原因 6 16.1.2 故障诊断要点故障诊断要点 1CPU异常异常 CPU异常报警时，应检查CPU单元连接于内部总线上的

4、所有器 件。 2存储器异常存储器异常 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输入输入/输出异常、扩展单元异常输出异常、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。 7 4不执行程序不执行程序 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

5、。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。 8 5部分程序不执行部分程序不执行 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

6、序内容消失电源短时掉电，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。 9 7PROM不能运转不能运转 当PRO

7、M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。 10 16.1.3 PLC常见故障及诊断方法常见故障及诊断方法 1PLC故障类型的判断故障类型的判断 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16.3CPM1A面板示意图 11 2PLC故障诊断流程图故障诊断流程图 PLC各种不同故障的基本思路和方法

8、。 （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。 12 图16.4PLC故障检查总流程图 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 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 锂电池维护锂电池维护

9、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。 17 16.2 PLC的硬件故障诊断与排除的硬件故障诊断与排除 16.2.1 系统硬件故障诊断与排除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 。 1PLC的硬件故障诊断的硬件故障诊断 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。 18 故障部位故障现象故 障 原 因备注 CPU单元 误运算

10、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

11、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 表表16.2 16.2 PLCPLC硬件故障诊断表硬件故障诊断表 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，

12、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

13、侧的电源故障 续表续表 20 2PLC故障诊断的基本方法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

14、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。 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

15、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。 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

16、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。 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）

17、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。 24 16.2.2 CPU单元的故障诊断与排除单元的故障诊断与排除 1PLC的内部结构的内部结构 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

18、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。 25 图16.9PLC内部结构图 26 表表16.3 16.3 CPUCPU故障的内部故障诊断处理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

19、， 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 5V系统本身故障，则PLC整机停止工作，5V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 27 16.2.3 I/O单元的故障诊断与排除单元的故障诊断与排除 1输入单元的故障诊断输入单元的故障诊断 输入单元故

20、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。 表表16.4 16.4 输入单元故障及维修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 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

21、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 续表续表 29 2输出单元的故障诊断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。 表表16.5 16.

22、5 输出单元故障及维修方法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 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

23、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 续表续表 31

24、16.2.4 PLC的噪声故障的噪声故障 1噪声三要素噪声三要素 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 32 （1）噪声源。在工业现场产生噪声因

25、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。 表表16.6 16.6 典型噪声源典型噪声源 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 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。 表表16.7 噪声耦合媒体噪声耦合媒体 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 34 2共模噪声和常模噪声共模噪声和常模噪声