一、PLC控制系統(tǒng)組成及故障特性
PLC控制系統(tǒng)由基本單元、擴(kuò)展單元及外設(shè)組成（圖1），PLC控制器內(nèi)總線與輸出回路之間的電路結(jié)構(gòu)是這樣設(shè)置：輸入喻出鎖存器電路使用八路D觸發(fā)器電路（74273）芯片�？梢赃B接八個(gè)分路，每個(gè)分路又單獨(dú)一個(gè)光電禍合器連接一個(gè)輸出回路，全部鎖存器芯片受控于譯碼控制單元電路。其中譯碼部分使用一塊2-4線譯碼器（74139）芯片，控制部分使用八同相三態(tài)緩沖器／線驅(qū)動(dòng)器（74244）。
系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，其失效率與時(shí)間有一定的關(guān)系。按該系統(tǒng)使用時(shí)間分成早、中、晚期三個(gè)階段。早期指系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工廠制造到初步投入運(yùn)行階段；中期指基本達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的長(zhǎng)期使用階段；晚期指控制系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備開(kāi)關(guān)老化的階段。
1．早期故障
早期故障多出于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因工藝欠缺，制造失誤，元件質(zhì)量和施工安裝工藝等原因造成。一個(gè)PLC系統(tǒng)要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的磨合。PLC主機(jī)處理器一旦運(yùn)行2～3月之后無(wú)故障，甚至已經(jīng)就是過(guò)關(guān)的產(chǎn)品了。
2．中期故障
系統(tǒng)進(jìn)入生產(chǎn)運(yùn)行階段，其故障間隔時(shí)間（MTBF）可達(dá)10萬(wàn)h。在這段時(shí)間比較多的是暴露機(jī)械設(shè)備的故障和外部電氣故障，以及由此影響PLC控制系統(tǒng)I/O模板，損壞現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表。如果類(lèi)似故障得以排除，控制系統(tǒng)就能夠很快地進(jìn)入到系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的運(yùn)行階段。其間，大多以正常維護(hù)和例行檢查為主。
3．晚期故障
由中期過(guò)渡到晚期可能是一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)間。晚期沒(méi)有明確定義，其中一個(gè)重要的標(biāo)志是損耗故障期。PLC本身故障開(kāi)始上升，構(gòu)成系統(tǒng)的某些部件開(kāi)始老化，導(dǎo)致系統(tǒng)失常。如果能及時(shí)檢查和發(fā)現(xiàn)這些易損件，更換之，整個(gè)系統(tǒng)又能平安運(yùn)行。
二、PLC控制系統(tǒng)故障分布和分層排除
PLC控制系統(tǒng)大多數(shù)故障95％在外設(shè)，僅有5％發(fā)生在PLC本身。故維修系統(tǒng)的注意力應(yīng)該首先集中在外部設(shè)備而在5％的PLC故障中，控制器內(nèi)的故障只占10%，90％發(fā)生在I/O模板中。
故障發(fā)生時(shí)，首先定位故障發(fā)生在PLC內(nèi)部還是外部（第一層）；是在I/O回路還是在控制器內(nèi)部（第二層）；是PLC硬件故障還是軟件故障（第三層）。
1．利用PLC輸入、輸出指示燈判斷第一層故障
指示燈亮與否是一個(gè)有效而又直觀的檢查和發(fā)現(xiàn)故障的手段。
外設(shè)故障一般發(fā)生在繼電器、接觸器；閥門(mén)、閘板；開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、安全保護(hù)、就地和遠(yuǎn)控轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)；接線盒、接線端子、螺栓螺母處；傳感器、儀表；電源、地線和信號(hào)線的噪音等等，排除比較容易。
PLC本身故障原因一般有歸輸入模塊故障。②電源（內(nèi)部）電壓不正常。但電壓不正常不一定都是電源電路有問(wèn)題，有時(shí)由于內(nèi)部短路，輸出自我保護(hù)。③控制器內(nèi)其他電路。④控制器部分。
2．利用上位監(jiān)控系統(tǒng)（monitor）功能判斷第二層故障
利用上位監(jiān)控機(jī)在線監(jiān)控狀態(tài)，通過(guò)梯形圖進(jìn)行監(jiān)控。如軟觸點(diǎn)顯示不同的顏色代表不同的狀態(tài)。查找輸入元件Xo，若為on表明輸入信號(hào)已送入第二層控制器，然后查找輸出元件Yo，若其狀態(tài)為on表明輸出信號(hào)已在控制器內(nèi)的寄存器中形成。如果輸入輸出的某端口壞了，可以利用冗余端口，將程序稍作改動(dòng)，就可以恢復(fù)正常運(yùn)行。
3．通過(guò)故障現(xiàn)象分析診斷PLC第三層故障
控制器內(nèi)部電路實(shí)際上是一個(gè)單片機(jī)或單片機(jī)系統(tǒng)。若應(yīng)用程序有誤（如刪改）可以重新輸入備份程序。若不正常，可以編制一個(gè)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)程序插入原程序之前，單獨(dú)運(yùn)行。如果所有分路都有故障，則故障可能在編碼控制單元，應(yīng)仔細(xì)檢查相關(guān)電路及元件，必要時(shí)替換之；如果僅僅是某一組分路都有故障，則可能是某一塊鎖存器芯片已損壞；更換之。判斷控制器內(nèi)CPU是否出現(xiàn)故障，可以將CPU主板中銼電池取出，用短接線在CPU與電池正、負(fù)極連接處短接放電，從而用戶程序消失，然后再接好鏗電池。再通過(guò)編程器，將一個(gè)僅有一個(gè)語(yǔ)句的用戶軟件傳輸?shù)紺PU，這個(gè)程序僅有一個(gè)，“END”語(yǔ)句。斷開(kāi)所有的外部I/O控制與掃描、通信等，對(duì)CPU進(jìn)行冷態(tài)啟動(dòng)，如果冷態(tài)啟動(dòng)仍然失敗，只能說(shuō)明包括CPU在內(nèi)的主機(jī)箱系統(tǒng)的硬件需要再檢查。當(dāng)冷態(tài)啟動(dòng)正常時(shí)，說(shuō)明主機(jī)系統(tǒng)沒(méi)有故障。這時(shí)可以通過(guò)編程器或上位機(jī)重新下載用戶程序，再將硬件和軟件一點(diǎn)點(diǎn)地或分片與分區(qū)地投入，去尋找故障點(diǎn)。
總之，當(dāng)PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，首先定位故障點(diǎn)，然后借助測(cè)試工具加上邏輯推理逐層分析，最終把故障排除。
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