PLC维护检修方法与技巧

PLC的简介

PLC的英文全称为Programmable Logic Controller，也就是可编程序控制器。它是一种将计算机技术与继电器技术结合起来的现代化自动控制装置，1969年，美国数字化设备公司研制出第一台可编程控制器(PDP一14)，在通用汽车公司的生产线上试用后，效果显著；1971年，日本研制出第一台可编程控制器；1973年，德国研制出第一台可编程控制器；而在我国于1974年研制可编程控制器：在1977年我国在工业应用领域推广PLC,它广泛应用于机床、建筑、化工、农机等行业中，而我从事的行业，是应用于医药生产行业。现在流行的PLC品牌有三菱，西门子，罗克韦尔，欧姆龙，台达等。

PLC的结构与特点

PLC的结构可以分为外观和内部两个方面。以典型的西门子S7-200为例，其外部主要有电源输入口、I/O口，PLC状态指示灯、输入输出指示灯、传感器输出接口、检修口等构成；内部结构有CPU电路板、输入输出接口电路板、电源电路板，其中CPU电路板是核心，主要完成运算、存储和控制功能，一般情况下由微处理器芯片和存储器芯片等构成。

PLC具有一些特点：(1)运行速度快，通过微处理器的使用运行速度得到很大提高；(2)安装方便，PLC一般体积较小不需要专门的机房，也不需要采取严格的屏蔽措施；(3)编程简单，除了可以用命令语句还可以用梯形图进行编程，相对简单易学易用；(4)组态灵活，PLC采用积木结构，利用不同模块可以组合到一起来实现不同的控制需求；(5)可靠性高，PLC性能比较稳定可靠，现在的PLC具有自诊断能力，提高了系统的可靠性。

工作中PLC的应用

PLC在应用上实现了开关量的控制，模拟量的闭环控制，数字量的智能控制，还能对现场数据采集与监控。实际工作中所使用的PLC是西门子的S7系列，主要对医药生产设备实现自动化控制功能，比如控通过触摸屏的操作对PLC实现输入信息，控制柜中的PLC处理信息后按程序对阀门、泵等执行元件进行控制，所有状态信息与报警信息通过WinCC系统在上位机上显示信息，因为触摸屏和上位机上能够显示报警的具体信息，工作中方便了检修工作，提高了维修效率。当然，PLC的程序是需要根据实际具体的生产工艺进行编制。

PLC的日常维护

1 供电电源的检查

供电电源的质量直接影响PLC的使用可靠性，也是故障率较高的部件，检查电压是否满足额定范围的85%～110％及考察电压波动是否频繁。频繁的电压波动会加快电压模块电子元件的老化，建议加装稳压电源。对于使用多年的PLC系统，若常出现程序执行错误，首先应考虑电压模块供电质量。

2 运行环境的检查

(1)PLC运行环境温度在0～60℃。温度过高将使得PLC内部元件性能恶化和故障增加，尤其是CPU会因“电子迁移”现象的加速而降低PLC的寿命。温度偏低，模拟回路的安全系数也会变小，超低温时可能引起控制系统动作不正常。解决的办法是在控制柜安装合适的轴流风扇或者加装空调，并注意经常检查。

(2)环境相对湿度在5%～95％之间。在湿度较大的环境中，水分容易通过模块上的IC的金属表面的缺陷侵入内部，引起内部元件性能的恶化，使内部绝缘性能降低，会因高压或浪涌电压而引起短路；在极其干燥的环境下，MOS集成电路会因静电而引起击穿。

(3)要定期吹扫内部灰尘，以保证风道的畅通和元件的绝缘。PLC的电控柜尽量使用密封式结构，并且电控柜的进风口和出风口加装过滤器，可阻挡绝大部分灰尘的进入，平日里电控柜要关紧。
 

3 检查PLC的安装状态

平时巡检时检查各PLC单元固定是否牢固，各种I/O模块端子是否松动，PLC通信电缆的子母连接器是否完全插入并旋紧，外部连接线有无损伤。
 

4 检查PLC的程序存储器的电池

平时的维护中检查PLC程序存储器的电池是否需要更换，需要更换的及时进行更换。
 

关于PLC的故障分析与排除

1 根据上位机报警信息找故障

PLC控制系统具有自诊断功能，当系统发生故障时可以立即发出报警信息，可以准确、快速地查找原因并确定故障部位，这个方法是维修中基本的方法和手段，明确故障部位后进行排除。

2 根据动作顺序诊断故障

对于自动控制，其动作是按照一定的顺序进行的，通过观察系统的运动过程，对故障和正常时的情况做以比较，发现可疑点，诊断出故障原因，比如说，水泵在相应阀门正常开启后才能启动，如果管路不同水泵是不能开启的，如果水泵不启动可以检查相应的阀门是否打开，是否工作正常。

3 根据PLC输入输出状态指示灯诊断

PLC控制系统中，输入输出信号是通过I/O模块实现的，一些故障可以通过I/O接口通道上反映出来，PLC的输入输出接口旁都有状态指示灯，如果是接口线松动，接触不良，可以用旋具拧紧线接口，然后看对应故障是否恢复正常；还可以查看相应的电气控制图，看执行元件对应的状态指示灯是否亮，执行元件是否启动，来排查故障，这里也需要对设备的操作过程和生产工艺比较了解，也需要看懂输入输出符号对应的哪个传感器或者执行件，比如阀门、水泵等。比如有台设备无法启动，检查PLC的输出状态指示灯都没有亮，怀疑是中间程序问题，后来发现问题是程序时间锁的缘故，解决后设备可以正常启动；出现过指示灯不亮，而对应的电磁阀、接触器有动作，可能是此输出点因过载或者短路烧牢，这时应该把输出点外线拆下来，再用万用表电阻档去测量输出点与公共端的电阻，电阻小说明触点已坏，若电阻无穷大说明触点是好的，对应的指示灯已坏，对其处理使其恢复正常。

4 程序逻辑推断

对于较低端的PLC其梯形图指令大同小异，西门子输入用I0.0，I0.1...表示,输出用Q0.0，Q0.1...表示，而三菱输入用X0.0，X0.1...表示，输出用Y0.0，Y0.1...表示；对于中高端的PLC，比如西门子的S7-300/400，S7-1200，许多程序用语言表编的。使用的梯形图需要有中文符号注解，否则阅读性差，看梯形图前要了解设备工艺和操作规程，看起来才能容易理解。如果进行电气故障分析，一般应用反查法或者反推法，根据输入输出对应表，从故障点找到对应的输出继电器，开始反查其动作的逻辑关系，查到一处问题，故障通常基本得到解决，一般设备同时有两处以上的故障并不多见的。

5 外部原因导致的故障

由于外部的原因也能导致PLC损坏，比如一只工作电源为220V的接近开关，输入PLC信号触点两根引线与接近开关电源线共用一根四芯电缆，一次接近开关损坏在更换时错将电源零线与PLC公共线调错了，导致烧坏PLC的输入点；一次系统电源变压器零线排线因腐蚀而中断，导致接入电源从220V升到380V。烧坏了PLC的电源模块，整改时可以增加380V/220V的隔离控制变压器；西门子的S7-200系列PLC，其输出公共端标1L、2L等，工作电脑为AC L1 N表示，24V电源为L+M表示，经验不足的人员容易弄错，错将L+M当作220V电源端子送点瞬间就将烧坏PLC的24V电源。所以平时PLC接线时，要注意这些问题，避免由于外部原因造成故障。

总之，PLC、CPU等硬件损坏或者软件运行出错概率较小，PLC若不是强电入侵所致输入点几乎不会损坏，若外围负载没有短路或是设计合理，输出继电器常开点触点寿命也很长。因此根据长期实际经验查找故障点，重点要放在PLC外围电气元件上，对于快速维修好设备，恢复运行很重要。平时尽量把PLC出现的故障做相关记录，做统计，分析容易出现的问题，也有利于平时的维护检修工作。

参考文献

[1]廖常初.PLC编程与应用 第四版.机械工业出版社，2014(1).

[2]韩雪涛 吴瑛.图解PLC技术快速入门（西门子）.机械工业出版社2016(1).

[3]周志敏.PLC维修入门与故障处理实例.电子工业出版社.2014(1).

[4]梅丽凤.电气控制与PLC应用技术.机械工业出版社.2012(1).

[5]王东春.PLC的故障分析及排除方法.PLC论坛.2017(2).

[6]MOTEC.PLC的基础知识介绍.中国工控网.2015(2).

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审核编辑 黄宇