可编程控制器故障分析与维护
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作者: 张小翠 时保吉
【摘要】 本文以日本松下公司生产的FP1系列AFP12417型可编程控制器为例简单说明其常见故障的分析与维护。
【关键词】 可编程控制器 故障 抗干扰性
可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器，它能够存储和执行指令、进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，通过数字式和模拟式的输入和输出，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。目前国内应用较多的为日本的OMRON公司、松下公司、三菱公司，德国的西门子公司，美国的AB、GE等公司的产品。本文以日本松下公司生产的FP1系列AFP12417型可编程控制器为例简单说明其常见故障分析与维护。
一、PBL常见故障
为了延长可编程控制器的使用寿命，确保整个生产过程的顺利进行，需要对系统中可能出现的故障，比如设备损耗，元器件老化等问题有清晰的判断和认识，以便在故障发生前采用必要的措施防止故障发生，或者在出现故障后能够很快的判断出故障点，尽快维修，以免影响生产。
二、PBL系统故障分析及维护
（一）系统故障的概念
系统故障是指在整个控制系统中，包括PLC控制系统、机械设备和电子元器件等一切相关现场设备，出现故障或者失效的总和。PLC的控制部分，主要包括中央处理器、主机箱、扩展部分、输入/输出部分以及相应的控制程序和一些外部设备。现场设备包括各种传感器、电磁阀、接触器、阀门、线路、电动机等。
（二）PLC系统故障分析
PLC的常见故障为： （1）在电子控制系统内部只有少量故障出现，约占装置总故障的5%，这些故障包括CPU故障（约占内部故障的30%），出现在处理器、存储器、总线系统、通讯模块和电源模块等方面的机率均等，输入/输出模块故障约占内部故障的70%。（2）大量故障（约占装置总故障的95%）是发生在传感器，驱动器等控制执行器上以及连接控制执行器件的电缆方面。
（三）PLC控制系统故障分布和分层排除
PLC控制系统大多数故障95%在外设，仅有5%发生在PLC本身，故维修系统的注意力应该首先集中在外部设备。而在5%的PLC故障中，控制器内的故障只占10%，90%发生在I/O模板中。故障发生时，首先需要定位故障是发生在PLC内部还是外部（第一层）；是在I/O回路还是在控制器内部（第二层）；是PLC硬件故障还是软件故障（第三层）。
1．利用PLC输入、输出指示灯判断第一层故障。指示灯亮与否是一个有效而又直观的检查和发现故障的手段。外设故障一般发生在继电器、接触器；阀门、闸板；开关、限位开关、安全保护、接地和远控转换开关；接线盒、接线端子、螺栓螺母处；传感器、仪表；电源、地线和信号线的噪音等等，排除比较容易。PLC本身故障原因一般有：（1）输入模块故障；（2）电源（内部）电压不正常，但电压不正常不一定都是电源电路有问题，有时由于内部短路，输出自我保护；（3）控制器内其他电路；（4）控制器部分。
2．利用上位监控系统（monitor）功能判断第二层故障。利用上位监控机在线监控状态，通过梯形图进行监控，如软触点显示不同的颜色代表不同的状态。查找输入元件X0，若为ON表明输入信号已送入第二层控制器，然后查找输出元件YO，若其状态为ON表明输出信号已在控制器内的寄存器中形成。如果输入输出的某端口坏了，可利用冗余端口，将程序稍作改动，就可恢复正常运行。
3．通过故障现象分析诊断PLC第三层故障。控制器内部电路实际上是一个单片机或单片机系统。若应用程序有误（如删改）可以重新输入备份程序。若不正常，可以编制一个简单的试验程序插入原程序之前，单独运行。如果所有电路都有故障，则故障可能在编码控制单元，应仔细检查相关电路及元件，必要时可替换；如果仅仅是某一组分路有故障，则可能是某一块锁存器芯片已损坏，更换就行。判断控制器内CPU是否出现故障，可以将CPU主板中锂电池取出，用短接线在CPU与电池正、负极连接处短接放电，从而用户程序消失，然后再接好锂电池，通过编程器，将一个仅有一个语句的用户软件传输到CPU，这个程序仅有一个“END”语句。断开所有的外部I/O、控制与扫描、通信等，对CPU进行冷态启动，如果冷态启动仍然失败，只能说明包括CPU在内的主机箱系统的硬件需要再检查。当冷态启动正常时，说明主机系统没有故障。这时可以通过编程器或上位机重新下载用户程序，再将硬件和软件一点点地或分片分区地投入，去寻找故障点，然后借助测试工具加上逻辑推理逐层分析，最终把故障排除。
参考文献
[1]李国厚．PLC原理与应用设计[M]．化学工业出版社，2005（9）
[2]殷兴光，孙瑜．PLC在液体混合装置中的应用[J]．机电一体化．2004（3）：63～65
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