0 引言

　　PLC 控制系統是以 PLC 為控制核心， 系統中除PLC 外， 還有與 PLC 端子連接的輸入輸出設備。 PLC控制系統在運行過程中由于各種原因不可避免地要出現各種各樣的故障。 深入理解故障的特點，迅速準確地的排除故障，是保證系統正常運行的前提，也是提高系統運行性能的關鍵。

1 PLC 控制系統故障特性

　　PLC 控制系統的故障特性如圖 1 所示，分為早期故障期、偶發故障期和損耗故障期 3 個階段，具有“浴盆特性”， 即在系統投運早期故障最多且不斷減少，在系統運行的絕大部分時間內故障基本上是偶然發生的，數量有限，而在系統的損耗故障期則故障又出現上升趨勢。

圖1 PLC控制系統的故障率曲線

　　在早期故障期，故障率從一個很高的指標迅速下降，可理解為系統設計、安裝、調試后，存在一些設計缺陷、部分器件質量不穩定等問題，系統投入使用的初期，這些缺陷或不穩定就很快顯露出來。 隨著時間的增加、缺陷的不斷改進完善，這些故障越來越少，出現故障率迅速下降的趨勢。

　　在偶發故障期，故障發生是隨機的，故障率最低，而且穩定，這是系統的正常工作期或最佳狀態期。 在此間發生的故障多是使用不當及維修不力造成的，可以通過改進管理和維護保養等方面使故障率降到最低。

　　在損耗故障期，由于系統中的器件經過長時間的工作，趨于老化，慢慢接近壽命終點，隨著時間的增加，達到壽命終點的器件越來越多，故障率隨之上升。

2 PLC 控制系統的故障分布

　　依據PLC 控制系統的組成， 其故障分為兩個方面：PLC 本身的故障；PLC 以外輸入輸出設備的故障。其故障具體分布情況如圖 2 所示。

圖2 PLC控制系統故障分布情況

　　2.1 PLC 故障

　　在 PLC 控制系統中，PLC 故障僅占系統總故障的10%左右，其故障率遠低于輸入輸出設備。 在 PLC 故障中，接口故障占 90％左右，電源故障占 8％左右，中央處理單元故障僅占 2%左右。

　　2.2 輸入輸出設備故障

　　PLC 控制系統中，輸入輸出設備故障占系統總故障的 90%左右，是系統故障的主要來源。 對于輸入設備，故障主要反映在主令開關、行程開關、接近開關和各種類型的傳感器中；對于輸出設備，故障主要集中在接觸器、電磁閥等控制執行器件上。

3 PLC 控制系統的故障診斷

　　PLC 控制系統的故障診斷主要從 3 個方面入手：PLC 指示燈、輸入輸出設備、控制系統軟件。

　　3.1 PLC 指示燈診斷

　　PLC 指示燈診斷主要從其面板指示燈進行，包括CPU 狀態指示燈和輸入輸出狀態指示燈， 以西門子S7-200（CPU22X）為例，其外形圖如圖 3 所示。

圖3 S7-200外形圖

　　3.1.1 CPU 狀態指示燈

　　（1）通電后 STOP 或 RUN 燈 應亮 ，若不亮則說明

　　電源出現問題。 需要檢查電源本身是否有電，若有電再檢查電源接線，若電源接線也無問題，那就可以斷定 PLC 內部電源出現問題， 可拆卸后對電源進行處理。

　　（2） 通 電后 SF 燈 亮 ， 切換擴展端口內的 STOP/RUN 開關也不能恢復正常，說明系統出現故障。 系統故障主要有電磁干擾、永久存儲器失效及看門狗超時等內部故障。 對內部故障可通過編程軟件讀取錯誤代碼，清除致命錯誤來解決；對電磁干擾引起的系統故障，可通過檢查電路的敷設情況以及高低壓信號的分離等途徑來解決。

　　3.1.2 輸入輸出狀態指示燈

　　輸入輸出狀態指示燈反映了輸入輸出接口電路的工作情況。 通常信號輸入時，輸入狀態指示燈亮；信號輸出時，輸出狀態指示燈亮。 如果輸入信號已輸入，而輸入指示燈不亮， 則說明輸入接口電路出現故障，大多數是輸入電流過大損壞輸入接口。 對輸出指示燈不亮的情況，可通過監控軟件來進一步確定，若監控軟件中輸出的點已接通，而輸出端子對應的指示燈不亮，則說明該輸出點已損壞。 對已損壞的 PLC 輸入輸出點，可拆卸修理。

　　3.2 輸入輸出設備故障診斷

　　輸入輸出設備的故障診斷通常也是通過 PLC 的輸入輸出狀態指示燈來判定的。 PLC 本身及指示燈正常，而實際設備工作不正常，則其故障一定發生在與PLC 接線端子相對應的外圍輸入輸出設備或連接線上。

　　3.2.1 輸入設備故障診斷

　　PLC 的輸入指示燈本身正常，而系統不能正常工作，應以信號傳遞順序依次檢查故障源。 首先檢查電路連接是否正常，即端子接線是否松動、電路有無斷線等情況，若正常則進一步檢查輸入器件本身是否損壞。 對接近開關、傳感器等一些有源器件，由于接線較多還須檢查接線的正確性與絕緣性能。

　　3.2.2 輸出設備故障診斷

　　PLC 的輸出指示燈本身正常，而系統輸出不能正常工作，則可以肯定故障發生在輸出設備回路。 輸出回路的故障常常是接線不良、 器件老化損壞等問題。可斷開器件的接線，直接加電至器件進行試驗。 若器件損壞，更換器件；若器件正常，故障出在電路連接上。

　　3.3 控制系統軟件故障診斷

　　利用 PLC 的軟件資源， 進行早期事故診斷及報警有著非常重要的意義。 使用觸摸屏及組態軟件，在不增加 PLC 輸出點數的情況下就能方便地顯示故障出處， 使技術人員可據其顯示內容方便地查找故障點。

　　3.3.1 故障顯示的實現

　　在觸摸屏或組態軟件的用戶窗口， 創建故障報警人機對話界面。 在這一界面中，利用軟件提供的各種顯示工具，設計所需顯示的故障報警方式。 每種故障報警方式對應一個數據對象，將所需要顯示的輸入輸出點與數據對象連接起來，在系統運行時即可通過這一報警方式將出現故障的輸入輸出點的狀態顯示出來。

　　3.3.2 故障報警

　　（1）通用故障報警。當變量超出限定值時， 故障報警裝置發出聲響，操作人員根據信號燈的提示很容易識別出相應的變量已超限，確認了該故障報警后，信號燈通常由閃亮CPU 狀態指示燈輸出狀態指示燈輸出接線端子擴展端口輸入狀態指示燈輸入接線端子通信端口HMI及 PLC控制系統變為常亮，聲響報警消除。 操作人員排除了故障，變量恢復到正常范圍內時，常亮信號燈熄滅，表示系統恢復到正常工作狀態。

　　（2）首發故障報警。通用故障報警控制，可以用于多個變量的報警控制，但當其多個故障信號接近同時出現時，故障報警裝置不能確定誰是首發信號源。 首發故障報警使操作人員能在第一時間將首發故障源分辨出來。