PLC故障排除市公开课一等奖省赛课获奖课件

第16章

PLC系统故障诊疗与排除

内容提要

PLC故障分类及诊疗（常见故障分类、故障类型及诊疗方法）

PLC硬件故障诊疗与排除（系统故障、CPU单元故障、I/O单元故障、噪声故障1PLC故障排除第1页

PLC控制系统中故障分布情况是：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20%故障中，大多数是由恶劣环境造成。而80%故障是用户使用不妥造成。PLC本身含有故障诊疗功效，这在用户学习PLC应用时就应该牢靠掌握。但其诊疗功效和故障显示内容必竟有限。其次是有些PLC“用户手册”上给了故障检验流程图，比如SYSMAC-C200H故障总体检验流程图（如图16.1所表示）。当然这些资料也是极为主要，应该熟悉并深刻了解它。不过，它只不过给出检验步骤，详细处理起来还会碰到许多现实困难。2PLC故障排除第2页图16.1

故障总体检修流程图

3PLC故障排除第3页图16.2故障检验步骤框图

4PLC故障排除第4页

16.1PLC常见故障种类及诊疗方法16.1.1PLC故障现象分类和诊疗步骤故障现象分类及故障原因如表16.1所表示。图16.2所表示是故障诊疗步骤框图。故障现象故障分类及原因停机CPU异常报警而停机，存放器异常报警而停机，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改变长时间停电引发改变，电源ON/OFF操作引发改变，运行中发生改变输入/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妥，完全不动作扩展单元不动作只有特定输入/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16.1PLC故障现象分类及故障原因5PLC故障排除第5页16.1.2故障诊疗关键点1．CPU异常CPU异常报警时，应检验CPU单元连接于内部总线上全部器件。2．存放器异常存放器异常报警时，假如是程序存放器问题，重新编程后故障现象会重复出现。这种情况可能是噪声干扰引发程序改变。不然，应更换存放器。3．输入/输出异常、扩展单元异常发生这类报警时，应首先检验输入/输出单元和扩展单元连接器插入状态、电缆连接状态，确定故障发生在某单元之后，再更换单元。6PLC故障排除第6页4．不执行程序对于不执行程序，普通情况下可依照输入→程序执行→输出步骤进行检验。（1）输入检验是利用输入LED指示灯识别，或用写入器组成输入监视器检验。当输入LED不亮时，可初步确定是外部输入系统故障，再配合万用表检验。假如测出电压不正常，就可确定是输入单元故障。当LED是亮而内部监视器无显示时，则可认为是输入单元、CPU单元或扩展单元故障。（2）程序执行检验是经过写入器上监视器检验。当梯形图接点状态与结果不一致时，则是程序错误（比如内部继电器双重使用等），或是PLC内部运算部分出现故障。（3）输出检验可用输出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接口单元故障。当输出LED是亮而无输出，则可判断是输出单元故障，或是外部负载系统出现了故障。7PLC故障排除第7页

5．部分程序不执行当部分程序不执行时，检验方法与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，这时除了检验电池，还要进行下述检验：（1）经过重复通断PLC本身电源来检验。为使微处理器正确开启，PLC中设有初始复位电路和电源断开时保留程序电路，这种电路发生故障时，就不能保留程序。所以可用电源通断进行检验。（2）假如在更换电池后依然出现电池异常报警，就可判定是存放器或是外部回路漏电流异常增大所致。（3）电源通断总是与机械系统同时发生，这时可检验机械系统产生噪声影响。因为电源断开是常与机械系统运行同时发生故障，绝大部分是电机或线圈所产生强噪声所致。

8PLC故障排除第8页

7．PROM不能运转当PROM不能运转时，先检验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，动作停顿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，对结构原因则可经过轻轻敲PLC机体进行检验。还要检验一下电缆和连接器插入状态。

9PLC故障排除第9页

16.1.3PLC常见故障及诊疗方法1．PLC故障类型判断普通PLC基本单元面板上都有指示发光二极管，利用它亮灭可提醒用户设备故障类型。

图16.3CPM1A面板示意图

10PLC故障排除第10页

2．PLC故障诊疗流程图PLC各种不一样故障基本思绪和方法。（1）PLC故障检验总流程图如图16.4所表示。（2）电源故障检验流程图如图16.5所表示。（3）运行故障检验流程图如图16.6所表示。（4）输入故障检验流程图如图16.7所表示。（5）输出故障检验流程图如图16.8所表示。总而言之，依据PLC控制系统中CPU面板上指示，先确定故障在哪一模块上，然后再确定故障详细部位。检验方法是按电源→系统运行→输入次序逐一进行。

11PLC故障排除第11页图16.4PLC故障检验总流程图

12PLC故障排除第12页图16.5电源故障检验流程图

13PLC故障排除第13页图16.6运行故障检验流程图

14PLC故障排除第14页图16.7输入故障检验流程图

15PLC故障排除第15页图16.8输出故障检验流程图

16.1.4锂电池维护锂电池放电寿命约5年左右。当电池电压逐步降低到一定值时，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，只有这么，PLC内部用户程序才不会丢失。

16PLC故障排除第16页

16.2PLC硬件故障诊疗与排除

16.2.1系统硬件故障诊疗与排除PLC硬件故障与所选取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主要

。1．PLC硬件故障诊疗这里以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原因见表16.2。

17PLC故障排除第17页故障部位故障现象故

障

原

因备注CPU单元误运算噪声干扰，电源电压猛烈改变，CPU故障主要表现在

输出ON/OFF运算滞后CPU故障，存放器故障，程序语法错误，语句过长，噪声引发CPU误动作

存放器单

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

部分程序改变噪声干扰引发CPU误动作，噪声干扰引发外部设备误动作，存放器不良故障，外部设备无操作，电源异常引发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，引发短路。电源单元内稳压控制电路故障

输入单元输入ON或OFF状态保持不变输入单元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连接器接触不良。输入电源故障或断线。CPU输入器件不良。扩展单元、扩展机架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，输入单元器件故障，连接器、电缆接触不良，输入信号设备输出配线故障

表16.2PLC硬件故障诊疗表18PLC故障排除第18页故障部位故障现象故

障

原

因备注输出单元

特定输出部分无输出

继电器输出接点接触不良，晶体管、双向晶闸管输出截止时产生故障，因负载侧产生渗漏、噪声轻易引发过电压。负载过电流、短路引发；重复冲击电流会造成熔丝疲劳。印刷电路板上线路断裂。输出存放器或逻辑电路器件故障。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。输出存放器或逻辑电路器件故障

全部无输出CPU单元上输出器件故障。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端子上配线断线、脱落

机架部分全部输出都不动作或特定扩展机架、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。扩展侧电源故障

续表19PLC故障排除第19页

2．PLC故障诊疗基本方法（1）发生异常时识别。发生故障时，为了快速查出故障原因并给予及时处理，在切断电源和复位之前，必须识别下述两点：①机械动作状态。向运行人员了解机械部件运行情况。②观察PLC显示内容。观察电源、RUN、输入输出指示灯，检验PLC自诊疗结果显示内容。（2）异常状态识别。为了识别异常状态怎样改变。能够将开关从“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，假如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硬件故障含有连续性和重复性。其判断方法是切断后再接通PLC电源或复位操作，经过几次重复试验都发生了相同故障，则可判定是PLC本身硬件故障。经过上述操作后，假如故障不能再现，就说明是外部环境干扰或是瞬时停电所致。20PLC故障排除第20页

（1）发生异常时识别。发生故障时，为了快速查出故障原因并给予及时处理，在切断电源和复位之前，必须识别下述两点：①机械动作状态。向运行人员了解机械部件运行情况。②观察PLC显示内容。观察电源、RUN、输入输出指示灯，检验PLC自诊疗结果显示内容。（2）异常状态识别。为了识别异常状态怎样改变。能够将开关从“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，假如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。21PLC故障排除第21页（3）判断是否硬件故障。PLC硬件故障含有连续性和重复性。其判断方法是切断后再接通PLC电源或复位操作，经过几次重复试验都发生了相同故障，则可判定是PLC本身硬件故障。经过上述操作后，假如故障不能再现，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程序错误引发故障含有再现性。（5）判断是否外部原因。PLC控制系统发生异常时，普通轻易引发怀疑可能是PLC本身出了问题。主要检验项目以下：①检验输入/输出设备状态。安装不妥、调整不良，行程开关等触点接触不良，在运行早期极难发觉，运行一段时间后才能暴露出问题。22PLC故障排除第22页②检验配线。输入/输出配线有可能断路、短路、接地，也可能与其它导线相碰等。以上两种情况故障是断续性，轻易查找。③噪声、浪涌。在特定机械运转或与其它设备同时运转过程中出现故障，应在PLC外部或PLC侧采取抗干扰办法。④电源异常。电源电压过高或过低，暂时停电、瞬时停电、供电系统上噪声源等。（6）故障产生与外部工作同时。判断噪声、瞬时停电等外部原因最有效方法，就是了解PLC之外生产设备工作状态，分析故障现象是否与外部工作状态同时。若故障现象与被控对象特定状态同时发生，说明该故障与被控对象相关。另外故障现象也会与其它生产设备和特定状态同时发生。

23PLC故障排除第23页16.2.2CPU单元故障诊疗与排除1．PLC内部结构如图16.9所表示为PLC普通内部结构。2．故障原因及处理方法CPU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，环境湿度改变，环境温度改变；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所表示为CPU故障内部原因诊疗。

24PLC故障排除第24页图16.9PLC内部结构图

25PLC故障排除第25页表16.3CPU故障内部故障诊疗处理故障现象故

障

原

因处理方法CPU故障CPU异常报警：微处理器故障；接于内部总线上器件故障（指对内部总线有影响器件）；总线断路、短路；微处理器外部回路故障，如振荡回路、复位回路等。程序改变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，会引发CPU故障。更换运算部分存放器故障程序存放器和内部继电器故障时。存放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放器或整个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，会引发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或扩展单元上接口电源部分故障5V系统本身故障，则PLC整机停顿工作，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发程序存放器损坏更换26PLC故障排除第26页16.2.3I/O单元故障诊疗与排除1．输入单元故障诊疗输入单元故障主要原因是：工作环境影响，半导体器件时效改变，噪声源、感应源影响，输入单元电气规格选择不妥等。输入单元故障及维修方法如表16.4所表示。

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27PLC故障排除第27页故障现象故

障

原

因维修方法

特定编号继电器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

外部输入接通时间过短调整输入器件

端子板连接器接触不良充分插入、锁紧或更换

端子螺丝松动紧固

输入回路不良更换单元

特定编号继电器输入不关断程序OUT指令中误用了输入继电器号修改程序

程序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ON/OFF动作外部输入电源电压过低加额定电源电压

噪声引发误动作采取抗噪办法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28PLC故障排除第28页2．输出单元故障诊疗输出单元故障现象、故障原因及处理方法如表16.5所表示。

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29PLC故障排除第29页故障现象故

障

原

因维修方法特定编号继电器输出不接通（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验输出配线端子连接器接触不良充分插入、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输出不关断（动作指示灯亮）程序OUT指令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ON/OFF输出电压过低加额定电源电压

噪声引发误动作采取抗噪办法

程序OUT指令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30PLC故障排除第30页16.2.4PLC噪声故障1．噪声三要素噪声强度×耦合强度噪声影响系数三个要素：噪声源及其强度；耦合媒体及其耦合强度；受噪体抗噪性。可用公式表示：

噪声影响系数＝

由此可知，为了减小噪声影响系数，可从减小式中分子和增大分母入手。受噪体就是使用PLC。减小分子就是要设法减小噪声源强度和耦合强度，当然最有效方法是消除噪声源，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。这时就应分析噪声耦合媒体、传输路径，并采取有效方法预防噪声侵入，如加装屏蔽、接入噪声滤波器等。噪声强度×耦合强度受噪体抗噪性31PLC故障排除第31页（1）噪声源。在工业现场产生噪声原因很多，比如，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浪涌电压，空中电磁波等，都是噪声源。另外，假如把电源也看成是一个信号话，那么电源电压波动或瞬停，也可解释成是一个噪声源。经典噪声源如表16.6所表示。

表16.6经典噪声源分类内

容

例

子放电噪声由放电现象产生噪声：触点间电弧放电；静电产生火花放电；直接雷击过渡现象噪声由电压、电流猛烈改变产生噪声：晶闸管点弧噪声；电源投入时冲击电流；感性负载断开时产生浪涌电流；电力线路开闭时操作过电压；感应雷无用信号其它设备上有用信号，对PLC则是多出无用信号：无用电波反射噪声信号线阻抗失配，反射波接地电流接地电流产生共阻噪声32PLC故障排除第32页

（2）噪声侵入路径、耦合媒体。噪声侵入PLC路径有电源、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所表示。

表16.7噪声耦合媒体媒体内

容导线经过导线传输侵入PLC空间辐射，放射电磁场产生干扰静电电容，导线间寄生电容产生干扰电磁感应，导线间互