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PLC故障和干擾分析及處理方法

文:黃海燕


 

摘要:本文介紹了常用的PLC故障和干擾分析方法,及故障檢查流程,簡潔明了,值得PLC工程師參考。
 

   
 


一、故障和干擾分析的方法

可編程控制器系統的故障分為內部故障和外部故障。內部故障包括硬件和軟件故障。硬件故障是可編程控制器系統各組成部件的故障、通信故等。軟件故障是程序錯誤。外部故障主要指外部設備的故障,例如接近開關、執(zhí)行元件等造成的故障。
干擾分析的目的是根據干擾引起的原因,選用合適的抗干擾措施。

(一)故障分析法故障的基本分析方法如下:

1.測量檢查法。它是釆用對設備的機、電、液等部分進行性能測量檢查,判斷故障發(fā)生原因的分析方法。通常測量檢查的內容如下:

a.測量供給源。測量供電電源、氣源和液壓源的供電、供氣和供液的電壓、氣壓、液壓值,及有關的性能,例如,電源的頻率、電流、相序;氣源的氣壓、流量;液壓源的液壓、流量等,確定它們是否符合規(guī)定。

b.檢查連接。檢查可編程控制器系統中各部件的電、氣、液的導線、管線等是否連接正確;是否有泄漏;確定輸人輸出信號、通信信號等連接是否正確。

c.檢查設定、設置值和調整參數值。檢查各設備和部件的設定值,是否與設計的規(guī)定值一致;確定各報警、聯鎖信號點的設置是否與工藝要求一致;確定各控制回路調整參數是否合理和合適。

d.檢測輔助設備和部件是否正常運行。確定其工作參數是否符合操作條件。
通常,通過測量檢查法,可確定大多數故障的位置,為故障正確定位提供依據。

2.動作分析法。它是觀察各運動部件的運動狀態(tài)變化,判別其是否符合規(guī)定,從而確定其故障位置的一種故障分析方法。生產過程可分解為各自獨立的工序,在每個工序中也可分為不同的步序,因此,對于用順序功能表圖編寫的程序,可根據每一步對應的動作和命令確定有關設備和部件的動作。

a.根據初始步,確定初始設備和部件的初始狀態(tài)。

b.根據程序的轉換和轉換條件,確定在實現轉換時步的進展過程,檢查各設備和部件的動作是如何轉換的,是否符合工藝過程的操作要求。

c.在每一步進行上述檢查,直到全部程序的各設備和部件動作檢查完畢。

d.如果發(fā)現轉換沒有實現,則應檢查該轉換的上級步是否是活動步,轉換條件是否滿足,進而發(fā)現故障原因。如果發(fā)現動作和命令沒有執(zhí)行,則應檢查該動作的執(zhí)行條件是否滿足,進而發(fā)現造成故障的原因。最后,根據故障的性質和原因,進行故障處理,并排除故障。

3.動態(tài)檢測法。它是用上位機檢查程序執(zhí)行過程中各變量的變化情況,從而確定故障位置,并分析造成故障原因的一種檢查方法。

4.狀態(tài)燈檢查法

a.信號狀態(tài)燈。它利用可編程控制器各輸入輸出狀態(tài)信號燈來檢查各輸入輸出信號的狀態(tài)。通常,數字量輸入狀態(tài)信號燈點亮表示該數字量輸入信號狀態(tài)為1,數字量輸出狀態(tài)信號燈點亮說明該數字量輸出信號的狀態(tài)為1等。

b.電源信號燈。電源信號燈點亮表示電源模塊運行正常。對有備用電源的系統,其備用電源信號燈點亮說明備用電源正常。

c.通信信號燈。通信信號燈點亮(一些PIC是閃爍)表示數據通信正常。

d.錯誤信號燈。通常,可編程控制器用硬件自診斷程序對其硬件進行診斷,當診斷結果是錯誤時,對應模塊的錯誤信號燈點亮。一些可編程控制器還提供錯誤代碼用于說明錯誤的原因,便于維護人員的故障定位。

5.存儲器檢查法。它與動態(tài)檢測法類似,是采用編程器對程序中有關變量的內容進行檢測的一種檢查方法。此外,它也檢查運行中出現的錯誤,例如,除以零的運算、運算結果超出該數據類型允許的范圍、數據類型不匹配等,它們有專用的存儲器可進行檢查。通常提供錯誤代碼,供維護人員對故障進行定位。

6.單步運轉檢查法。程序運行可按步執(zhí)行,當發(fā)現某步不能執(zhí)行時,檢查其執(zhí)行條件,發(fā)現問題,并處理。該檢查方法一般不用于復雜程序的檢查。

(二)干擾分析法

1.干擾分析。干擾分析比故障分析困難。主要提供示波器檢測和識別。于擾源有共模電壓、差模電壓和接地回路引入,因此,干擾分析檢測主要是檢測信號的共模電壓、差模電壓和接地電流等。
根據對可編程控制器模擬檢測的方法,可用不同的共模電壓、差模電壓添加到對應的線路中,檢測其對應輸人輸出電壓、波形的變化,確定其影響程度。

2.抗干擾措施。采用濾波、隔離、屏蔽和接地等措施來抗干擾。常用的抗干擾措施如下:

a交流輸出和直流輸出的電纜應分開敷設,輸出電纜應遠離動力電纜、高壓電纜和高壓設備。應采用分別穿管配線敷設,或采用電纜溝配線敷設方式。

b.輸人接線的長度不宜過長,一般不大于30m。接線應采用雙絞線連接。輸人線路的距離較長時,可采用中間繼電器進行信號轉換和隔離;當采用遠程輸入輸出單元時,線路距離不應超過200m;當采用現場總線連接時,線路距離可達2000m輸入和輸出接線的電纜應分開設置,必要時可在現場分別設置接線箱。輸入接線的公用端COM與輸出接點的公用端COM不能接在一起。

d.集成電路或晶體管設備的輸入信號接線必須采用屏蔽電纜,屏蔽層的接地端應單端接地,接地點宜設置在可編程控制器側。對有本安要求的輸人信號,應在輸入信號的現場側設置安全柵,當輸入信號點的容量不能滿足負荷要求或需要信號隔離時,應設置繼電器。

e.集成電路或晶體管設備的輸出信號接線也應釆用屏蔽電纜,屏蔽層的接地端宜在可編程控制器側。有公用輸出端的可編程控制器,應根據輸出電壓等級分別連接。

f.對交流噪聲,可在負荷線圈兩端并聯RC吸收電路,RC吸收電路應盡可能靠近負荷側。對直流噪聲,可在負荷線圈兩端并聯二極管,同樣,它應盡可能靠近負荷側。

g.模擬信號線的屏蔽層應一端接地。數字信號線的屏蔽層應并聯電位均衡線,其電阻應小于屏蔽線電阻的0.1倍,并將屏蔽層的兩端接地。在無法設置電位均衡線或為抑制低頻
干擾,也可采用一端接地

h.多個可編程控制器組成的控制系統,宜采用同一電源供電??删幊炭刂破鞯墓╇姂c動力供電和控制電路供電分開,必要時可采用帶屏蔽的隔離變壓器供電、串聯LC濾波電路、不間斷電源或晶體管開關電源等。

i.輸出接線分為獨立輸出和公用輸出兩類。公用輸出是幾組輸出合用一個公用輸出端,它的另一個輸出端分別連接各自的輸出。同一公用輸出組的各組輸出有相同的電壓,因此,設計時應按輸出信號供電電壓對輸出信號進行分類。輸出接點串聯連接在控制線路中間的場合,應注意公用輸岀端可能造成控制線路的部分短路,為此,應在設計時防止這類出錯的發(fā)生。對于有公用輸出端的可編程控制器,應根據輸出電壓等級分別連接。不同電壓等級的公用端不宜連接在一起。

j.電纜槽、連接的電纜保護管應每隔30m用接地連接線與就近已接地點相連。

二、故障檢查流程

1.編程故障的檢查流程


a.編程器不能正常連接??砂磮D“編程器無法連接檢查流程圖”所示檢查流程進行檢查,確定故障原因并作相應處理。

b.程序無法寫入。程序無法寫入可能與PIC工作方式、程序保護開關、程序密碼設置等因素有關。可按圖“程序無法寫入檢查流程圖”所示檢查流程進行檢查,確定故障原因并作相應處理

 




c.CPU不能正確引導操作。一些大中型PIC在調試前出現某些報警時需存儲器卡對PIC實施引導操作,才能使PLC正常工作。當PIC不能正確引導操作時,可按“CPU不能正確引導操作檢查流程圖”所示檢查流程進行檢查,確定故障原因并作相應處理。
 



d.系統配置出錯。部分大中型PIC,如果PLC自診斷系統檢測到硬件配置錯誤或總線連接、通信錯誤等,PIC將發(fā)出“系統校驗出錯”、“總線出錯”等報警信息。

系統校驗出錯通常與PIC模塊的安裝與連接有關,因此,應檢查PIC底板或CPU安裝等總線出錯發(fā)生在分布式PIC系統與PIC網絡控制系統。它與模塊安裝、總線連接、從站配置等因素有關。

這類錯誤可通過編程器檢查PIC內部的特殊存儲器、寄存器狀態(tài)來確認。也可檢查各模塊安裝是否與說明書規(guī)定一致,連接電纜連接是否正確和連接良好,底板是否連接良好等來判別。

2.硬件故障檢查流程

a.電源指示燈不亮。一般供電電源連接并上電后,該電源狀態(tài)燈點亮。因此,該狀態(tài)燈不亮說明PLC供電未建立。按“電源指示燈不亮檢查流程圖”所示檢查流程進行檢查,確定故障原因并作相應處理。必要時與供應商聯系修理或更換。

 


b.模塊ERR燈亮或閃爍。硬件自診斷后,模塊ERR燈亮或閃爍說明該模塊存在問題。按“ERR燈亮或閃爍檢查流程圖”所示檢查流程進行檢查,確定故障原因并作相應處理。必要時與供應商聯系修理或更換。
 


C.電池報警燈亮。當PLC的電池容量不足時,該指示燈(BAT或 BATT V)點亮。在大中型PIC中通常安裝多個電池,當電池報警燈點亮時,需更換電池,并注意電池的規(guī)格應一致。

d.運行指示燈不亮。運行(RUN)指示燈用于指示PLC運行狀態(tài)。指示燈不亮說明PLC未運行,運行燈閃爍通常表示操作不正確或通信出錯,例如,未對PIC進行復位操作,直接將PIC切到RUN模式等。按圖“運行(RUN)燈不亮檢查流程圖”所示檢查流程進行檢查,確定故障原因并作相應處理。必要時與供應商聯系修理或更換。

 


e.輸入狀態(tài)燈不亮。檢查流程不另述,故障原因分析如下。

——輸入數字量檢測元件是漏(匯)型,信號接觸電阻太大,使驅動電流不足以驅動PIC數字輸入電路;或輸人存在短路,引起內部電源保護動作。

——輸人數字量檢測元件是源型,信號接觸電阻太大,或輸人電壓低,使驅動電流不足以驅動PLC數字輸入電路。

——輸人端接觸不良,或連接線連接松動,造成輸入電阻過大。

——基本單元和擴展單元之間的連接電纜連接不良。

——數字量輸入模塊損壞,或某通道輸入電路損壞。

f.輸出狀態(tài)燈不亮。檢查流程不另述,故障原因分析如下。

——輸出負載過載或短路,引起內部電源保護動作。

——基本單元和擴展單元之間的連接電纜連接不良。

——數字量輸岀模塊損壞,或某通道輸出電路損壞。

——程序中存在雙線圈現象,造成輸出信號不穩(wěn)。

 
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