佘林峰

蘇州科技大學(xué)，江蘇 蘇州 215099

0 引言

自20世紀(jì)60年代美國推出PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。

PLC功能齊全、體積小、通用性強(qiáng)，但是一旦某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯，那么整個流水線便會因此而無法運(yùn)行。因此，在PLC電氣系統(tǒng)運(yùn)行中做好日常維護(hù)工作，一旦出現(xiàn)故障，及時找出PLC的故障原因并處理，可有效保障系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

1 PLC的故障時期與特性

（1）早期故障期：早期故障期經(jīng)常會因為設(shè)計不合理，工藝缺失，元器件質(zhì)量等原因而頻頻出錯，運(yùn)行不正常。從投入使用開始，故障持續(xù)時間與其規(guī)模和設(shè)計有關(guān)。這個時期主要依靠找出不可靠原因，使系統(tǒng)穩(wěn)定。

（2）隨機(jī)故障期：在度過早期故障期之后，就到了隨機(jī)故障期。這個時候整個系統(tǒng)的故障率已經(jīng)降至最低，系統(tǒng)故障也趨于穩(wěn)定。由于這一時期的故障是隨機(jī)發(fā)生的，但是低于設(shè)計時的故障率，是整個系統(tǒng)的黃金時期，也稱為有效壽命期。

（3）損耗故障期：在這一時期，因為系統(tǒng)的老化嚴(yán)重，一些零件損耗極大，導(dǎo)致故障率逐漸增加。

由此可見，PLC系統(tǒng)設(shè)計要盡可能縮短早期故障期的存在時間，延長黃金期也就是隨機(jī)故障期的時間，并盡量延緩損耗故障期的到來[1]。

2 PLC故障診斷技術(shù)

既然PLC系統(tǒng)容易出現(xiàn)故障，那必然需要相應(yīng)的診斷技術(shù)。經(jīng)過多年的發(fā)展，PLC逐漸形成了成熟的故障診斷體系，也有了成熟的故障診斷技術(shù)。

2.1 人工離線監(jiān)控診斷

因為半導(dǎo)體、晶體管等微型化的發(fā)展，集成電路成了大多數(shù)人的首要選擇。緊接著便是電子技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的更新迭代，引起了數(shù)字處理信號和分析技術(shù)的發(fā)展。但是，依靠人工進(jìn)行檢查與診斷，系統(tǒng)的故障診斷在很大程度上受人的主觀判斷影響。即便是很有經(jīng)驗的維護(hù)人員也很難保證診斷不出錯誤。這樣不僅費時費力，影響設(shè)備運(yùn)行，有時候也未必能達(dá)到較好的診斷效果。加之后期維修也依靠員工的經(jīng)驗，難度也取決于機(jī)器的復(fù)雜程度，故這種方式已逐漸被淘汰。

2.2 單機(jī)集中式在線診斷

單機(jī)集中式診斷基于計算機(jī)的在線集中檢測與診斷，但是由于缺乏信息，其適用范圍、靈活性、操作性也存在不足。

2.3 基于局域網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控故障檢測

這種方法能根據(jù)設(shè)備的功能與地理分布，將分布在不同局域網(wǎng)的設(shè)備聯(lián)接起來，使它們協(xié)同工作。但因為這些系統(tǒng)需要構(gòu)建主干、分支局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場檢測設(shè)備、通信系統(tǒng)等來實現(xiàn)多資源共享、多設(shè)備協(xié)同工作、擴(kuò)散篩查式監(jiān)控和設(shè)備統(tǒng)一運(yùn)行，因此對診斷人員的經(jīng)驗、知識儲備、職業(yè)素養(yǎng)等要求較高[2]。

3 PLC的常見故障及其原因

3.1 外圍電路元器件故障

通常情況下，在PLC控制系統(tǒng)使用了一段時間之后，外圍電路元器件故障出現(xiàn)的頻率會增加。并且當(dāng)PLC控制回路中出現(xiàn)了元器件的損壞故障后，整個控制系統(tǒng)會因此自動停止工作。

PLC的開關(guān)量輸出有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出三種形式，如果選擇不當(dāng)會導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性降低，嚴(yán)重時將會使系統(tǒng)無法正常工作，因此應(yīng)根據(jù)負(fù)載要求來決定具體選擇哪種形式的輸出，這樣才能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

PLC的輸入電路是系統(tǒng)接受開關(guān)量、模擬量等輸入信號的端口，倘若元器件的質(zhì)量達(dá)不到系統(tǒng)所需要的標(biāo)準(zhǔn)，那么控制系統(tǒng)的故障率則會偏高。同樣的，光是元器件質(zhì)量達(dá)標(biāo)顯然不夠，接線方式及是否牢靠也是影響控制系統(tǒng)可靠性的重要因素。

外接繼電器、接觸器、電磁閥等執(zhí)行元件，也是要注意的地方。這些元件的質(zhì)量的是否合格，也會影響到整個控制系統(tǒng)的運(yùn)行與運(yùn)作。常見的故障有線圈短路、機(jī)械故障造成觸點不動或者接觸不良等。

除上述原因之外，PLC還有一種情況下會發(fā)生外圍電路故障。因為PLC的輸出端子帶負(fù)載能力是有限的，一旦其負(fù)載超過上限，那便會發(fā)生外圍電路故障，只能通過外接繼電器或接觸器等方式保障其繼續(xù)工作[3]。

3.2 PLC受到干擾引起的功能性故障

現(xiàn)在系統(tǒng)中的各類型PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計的。其采用了多層次抗干擾和精選元件措施，擁有很強(qiáng)的可靠性，一般情況下并不需要采取什么特殊措施而能直接使用。

PLC受到的干擾可分為外部干擾和內(nèi)部干擾。其中外部干擾比較隨機(jī)，干擾源無法消除，只能看情況來限制故障的發(fā)生。

內(nèi)部干擾主要與系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，需要通過精心處理來減少故障、抑制故障，否則將對系統(tǒng)的內(nèi)主電路、模擬量輸入等產(chǎn)生影響，從而影響整個PLC系統(tǒng)的運(yùn)行[4]。

3.3 PLC數(shù)顯儀表數(shù)據(jù)無顯示或顯示不準(zhǔn)確

數(shù)顯儀表是連接用戶與PLC的重要平臺，一旦其出現(xiàn)故障，用戶將難以控制整個系統(tǒng)，對生產(chǎn)運(yùn)作造成損失。PLC數(shù)顯儀表故障主要分為數(shù)據(jù)無顯示或顯示不準(zhǔn)確兩種類型。如果儀表無數(shù)據(jù)顯示，那么電氣系統(tǒng)將處于暫停狀態(tài)，電氣設(shè)備也將處于停止作業(yè)的狀態(tài)。如果輸出的信息在接收過程中不能有效地將指令傳達(dá)給各個電氣設(shè)備，那么即使電氣設(shè)備能夠正常運(yùn)作，也無法按照用戶設(shè)置的指令運(yùn)作，從而造成損失[5-6]。

3.4 PLC周期性死機(jī)

PLC在工業(yè)生產(chǎn)中常常會出現(xiàn)周期性死機(jī)，其表現(xiàn)是每運(yùn)行一段時間就會出現(xiàn)死機(jī)或者程序混亂，或者出現(xiàn)不同的中斷故障顯示，重新啟動后又一切正常。隨著電氣系統(tǒng)的運(yùn)行年數(shù)增長，死機(jī)的頻率會明顯增加。大部分時候是由于PLC機(jī)體長時間的積灰導(dǎo)致的，但是有時候是因為硬件或者軟件出現(xiàn)損壞或者質(zhì)量不達(dá)標(biāo)造成的。

在硬件方面，通常是長時間沒有清理導(dǎo)致硬件積灰，進(jìn)而導(dǎo)致散熱能力下降所致，有時會因為輸入/輸出端口的損壞致使程序無法接收信號，無法下達(dá)命令。

而在軟件方面，可能會因為保護(hù)程序的誤啟而使得程序發(fā)生死循環(huán)。

4 PLC電氣系統(tǒng)故障處理方法

4.1 優(yōu)化I/O端口

輸入/輸出端口有統(tǒng)一編址和獨立編址兩種編址形式。其中統(tǒng)一編址功能性較強(qiáng)，更方便訪問外設(shè)端口，且系統(tǒng)邏輯也更加簡單，但對儲存空間有要求。并且統(tǒng)一編址指令較長，識別時需要對全部地址線進(jìn)行譯碼，復(fù)雜性高、效率低。

獨立編碼不影響儲存器的儲存空間，譯碼簡單，查找速度快，效率高，但是靈活性不夠，處理能力較弱。

因此，在選擇輸入/輸出端口時，要慎重，可借助程序驅(qū)動器觀察機(jī)械電氣設(shè)備的動作順序變化，建立PLC檢修系統(tǒng)化體系，并通過端口來判斷機(jī)械電氣設(shè)備相關(guān)信號接收系統(tǒng)與輸出系統(tǒng)是否處于正常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并根據(jù)具體情況對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)整修或調(diào)整內(nèi)部數(shù)據(jù)。

4.2 對PLC電氣系統(tǒng)進(jìn)行定期維護(hù)

鑒于PLC系統(tǒng)經(jīng)常會出現(xiàn)死機(jī)等情況，故要加強(qiáng)對PLC系統(tǒng)的定期維護(hù)。維護(hù)通常分為硬件維護(hù)與軟件維護(hù)兩方面。

在硬件維護(hù)方面，定期對PLC機(jī)架插槽接口處進(jìn)行吹掃，吹掃時用壓縮空氣與軟毛刷將整個PLC機(jī)架的硬件吹掃干凈，再用濃度為95%的酒精對吹掃后的硬件進(jìn)行擦拭，在吹掃擦拭結(jié)束后再檢測一遍，最后再開機(jī)恢復(fù)運(yùn)行。

在軟件維護(hù)方面，程序改寫參數(shù)內(nèi)容后，切記初始化部分；對電氣系統(tǒng)的保護(hù)程序做定期檢測，防止保護(hù)程序的誤啟動；在進(jìn)行程序維護(hù)時預(yù)先準(zhǔn)備好程序包，做好備份工作。

5 結(jié)束語

PLC是一個很容易受到外界干擾的電氣系統(tǒng)，也因此很容易發(fā)生故障。因此，要經(jīng)常性的維護(hù)系統(tǒng)，優(yōu)化輸入/輸出端口。為保障整個系統(tǒng)的運(yùn)行正常，減少意外，需要提高系統(tǒng)使用的元器件的質(zhì)量，同時對電氣系統(tǒng)的程序進(jìn)行優(yōu)化。同時，需要開發(fā)人員擁有極高的素質(zhì)和能力，對系統(tǒng)有深刻的理解，熟知系統(tǒng)常見的故障并且能快速處理，并盡可能降低系統(tǒng)的故障率，從而降低隱患。