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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變化,判別其是否符合規定,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。

    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,進而發現故障原因。如果發現動作和命令沒有執行,則應檢查該動作的執行條件是否滿足,進而發現造成故障的原因。最后,根據故障的性質和原因,進行故障處理,并排除故障。

    3.動態檢測法。它是用上位機檢查程序執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.狀態燈檢查法

    a.信號狀態燈。它利用可編程控制器各輸入輸出狀態信號燈來檢查各輸入輸出信號的狀態。通常,數字量輸入狀態信號燈點亮表示該數字量輸入信號狀態為1,數字量輸出狀態信號燈點亮說明該數字量輸出信號的狀態為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。程序運行可按步執行,當發現某步不能執行時,檢查其執行條件,發現問題,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??砂磮D“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、寄存器狀態來確認。也可檢查各模塊安裝是否與說明書規定一致,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,該電源狀態燈點亮。因此,該狀態燈不亮說明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。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。

     
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