祖博

（吉林燃料乙醇有限公司，吉林 吉林 132101）

PLC控制系統(tǒng)常見故障與維護建議

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公司生產裝置中使用大量西門子PLC過程控制系統(tǒng)，一旦PLC出現(xiàn)故障，就會使設備無法正常運行，從而影響生產。因此，提高PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性并減少系統(tǒng)的維護成本，是保證企業(yè)高效平穩(wěn)生產的前提。本文對PLC過程控制系統(tǒng)常見的故障進行分析，目的在于探索出故障存在的原因及其出現(xiàn)的規(guī)律。

PLC；過程控制；故障；維護

PLC控制系統(tǒng)是以可編程邏輯控制器為核心的自動控制系統(tǒng)，被工業(yè)生產廣泛應用。作為一種以數(shù)字電路系統(tǒng)為基礎的電子裝置，可編程控制器用ROM儲存指令，通過常開常閉接點、線圈、定時、計數(shù)、數(shù)學運算等功能，實現(xiàn)順序控制和邏輯運算。在工業(yè)生產中，一般中型以上成套設備都會采用PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)在投入到工業(yè)的自動化生產之中后，由于它的性價比較高、可靠性較強等優(yōu)點，逐漸成為工業(yè)生產的核心設備。在眾多工業(yè)控制設備中， PLC控制系統(tǒng)的使用量已經(jīng)排在前位。

為了節(jié)約工業(yè)生產的成本，要在系統(tǒng)設計的初始階段和生產應用中估計好PLC設備元件的損耗，注意PLC系統(tǒng)常發(fā)生故障的點，提前做好應對措施，這樣可以降低PLC系統(tǒng)發(fā)生故障的時候造成設備停車產生的影響。

1 PLC控制系統(tǒng)組成及故障分布

輸入、輸出、邏輯控制組成了PLC控制系統(tǒng)，輸入包括各類開關量信號，例如接近開關、按鈕、行程開關、繼電器接點等和模擬信號，例如傳感器等。輸出包括各類執(zhí)行單元，例如電動氣動閥門執(zhí)行機構等。邏輯控制是用戶對程序進行控制。PLC首先收到輸入信號，然后執(zhí)行用戶程序來連接輸入信號和輸出信號，保持它們之間的邏輯關系，得到執(zhí)行結果后，通過輸出端進行輸出，以便控制設備。

近5年來，經(jīng)過統(tǒng)計PLC控制系統(tǒng)故障事故，系統(tǒng)故障總共出現(xiàn)有217次，屬于PLC系統(tǒng)故障所占比率約占4．9%，屬于現(xiàn)場設備故障所占比率約占95．1%。PLC系統(tǒng)故障之中，I/O模塊（AI、AO、DI、DO、RTD等）故障比例約為96%，與處理器相關聯(lián)的部分（電源、通訊網(wǎng)絡、系統(tǒng)總線、存儲器、CPU等）故障比例約為4%。系統(tǒng)故障分布如圖1所示。

圖1

2 PLC控制系統(tǒng)的故障分析

2.1 PLC系統(tǒng)的I/O模塊

PLC系統(tǒng)中故障率最高的是各種I/O模塊，I/O模塊是接收現(xiàn)場數(shù)字、模擬信號和發(fā)送指令、模擬量值功能型模塊。當I/O模塊發(fā)生故障后的影響尤其明顯，不能正常的輸入信號、輸出指令會在很大程度上影響到PLC系統(tǒng)的正常運行。想要減小I/O模塊發(fā)生故障的頻率就要先從外部開始著手，減少外界高電壓、大電流對I/O模塊端口的沖擊。要按照正確的使用方法使用，應該加裝隔離保護設備的一定要加裝，不能隨意減少或者不裝保護設備。最后還要注意系統(tǒng)整體的接地情況，各I/O模塊要共地，這樣系統(tǒng)整體穩(wěn)定性好，模擬量數(shù)值穩(wěn)定，過程控制才能更平穩(wěn)。

2.2 PLC處理器部分

在PLC系統(tǒng)處理器單元中故障率最高的是電源模塊。生產裝置連續(xù)生產，現(xiàn)場設備夜以繼日不停的運行，作為設備核心的PLC系統(tǒng)也在不停的接收輸入信號，發(fā)出相應的控制指令來維持設備的運行。PLC的電源在連續(xù)工作中，由于受到電流和電壓的波動影響，導致元件發(fā)熱量增加，由于電源模塊散熱能力有限，久而久之加速元器件老化，降低使用壽命?；坞娮钊菀讚p壞電源模塊，持續(xù)運行數(shù)日的電源模塊經(jīng)歷一次晃電就極有可能無法正常為PLC提供穩(wěn)定的電流和電壓。

PLC系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡故障率很高，主要分為四種情況：一是通訊線或者通訊線插接件損壞。二是終端電阻設置不對。三是電氣元件的燒壞，如DP插頭、通訊接口模塊等。四是通訊電纜被動力電纜干擾。

PLC系統(tǒng)總線出現(xiàn)故障的主要原因在于它的插件結構，插拔模塊會被長期的應用，這樣容易導致印刷電路板、插接件借口、底板等局部的總線出現(xiàn)磨損。由于在空氣的暴露下，溫濕度會導致總線的材質、印刷電路板退化，模板與模板相接的接觸點也會氧化，這些情況會使系統(tǒng)的總線損耗較大，最后導致故障時常發(fā)生。由此可見，在PLC系統(tǒng)初始設計時要考慮使用環(huán)境的溫度、濕度、灰塵等因素對PLC系統(tǒng)硬件的影響。

PLC系統(tǒng)的程序存儲到自身的ROM中，正常運行時通常不會出現(xiàn)故障。故障多發(fā)在電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障斷電時，程序保持電池電量低，不足以維持ROM中的程序保存，造成的PLC程序丟失。因此，要定時更換程序保持電池，一般年限為2年。還要做好程序備份，以備程序丟失時，將程序重新下裝到PLC系統(tǒng)。

CPU是PLC系統(tǒng)的中央處理單元，目前的PLC系統(tǒng)都采用高性能的處理芯片，其壽命長，穩(wěn)定性好，故障率低。主要控制好使用環(huán)境的溫濕度和做好防塵措施即可。

2.3 現(xiàn)場設備部分

PLC控制系統(tǒng)中故障率最高的在現(xiàn)場設備，經(jīng)統(tǒng)計有近95．1%的故障出自現(xiàn)場。其中比較突出的故障包括以下幾類。

第一類的故障主要發(fā)生在接觸器和繼電器上，也是故障發(fā)生最多的地方。由于需要對PLC控制系統(tǒng)進行日常的維護，可以發(fā)現(xiàn)在電氣備件中，各種接觸器、繼電器的損耗量最大。首先，產品本身的原因使得其發(fā)生故障。其次，就是存放環(huán)境不適宜，繼電器、接觸器的觸點在空氣下比較容易打火氧化，使之發(fā)熱直至變形，最后導致系統(tǒng)出現(xiàn)故障，不能使用。所以，若要減少故障的發(fā)生，應該選擇質量上乘、使用壽命長、性能高的繼電器和接觸器。與此同時，繼電器、接觸器的環(huán)境要進行改善，盡量不要頻繁更換，不影響系統(tǒng)的運行。

第二類的故障主要發(fā)生在執(zhí)行機構，如閥門、閘板門等，在使用過程中，這類設備經(jīng)常進行相對位移且位移較大，或閥門、閘板門要完成相應動作需要經(jīng)過電氣轉換等，或使用電動來完成閥門、閘板門的位移，其它環(huán)節(jié)，如儀表、機械等稍微不到位就可能會有誤差，甚至導致故障。究其主要原因，是機械、電氣和儀表等長期被使用而沒有對其進行定期維護而產生的故障。所以，除了定期檢查和維護這類設備外還要建立嚴格的檢查監(jiān)督機制，巡檢人員可以對設備的外觀進行檢查，看設備是否有變形情況，控制器、執(zhí)行機構是否運行正常等，減少其故障的發(fā)生。

第三類的故障主要發(fā)生在限位保護裝置、現(xiàn)場操作柱的元件和開關上。主要原因是元件的損壞，可能是由于設備長期運行導致，也可能是設備長期沒有使用而導致的生銹。主要的措施是要對設備定期維護，使設備保持良好的狀態(tài)。而對于大型設備上的限位開關，不僅要檢查、維護，還要在設計階段進行多項保護設置。

第四類故障主要發(fā)生在其附件之中，如接線端子等。究其主要原因，附件這類設備的制作工藝是一方面，安裝工藝也是一方面。有關人員認為，將螺母與電線壓接緊一些較好，但也會出現(xiàn)拆卸困難，尤其是在整修時。而為了拆卸，使用較大力氣容易使連接件和附近元件出現(xiàn)損壞。因此，不論是在設備的安裝還是維修中，都應該按照相關的安裝程序、安裝工藝。

第五類的主要故障是傳感器、儀表類，主要表現(xiàn)為信號不正常。這種設備在安裝時要與動力電纜分別鋪設，盡可能的將信號線的屏蔽層進行單端可靠接地，尤其是高干擾變頻器的輸出電纜。主要措施是建立預防機制，進行日常檢查，及早發(fā)現(xiàn)故障，及早處理。

第六類的主要故障是地線、信號線的干擾和電源。根據(jù)經(jīng)驗，解決這類故障的主要措施是維護時對其觀察分析和經(jīng)驗。PLC系統(tǒng)對工業(yè)環(huán)境要求較高，因為在制造時就已經(jīng)加入很多措施，所以可以在現(xiàn)場使用，但是想要整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，還要實施抗干擾措施。

3 結語

大多數(shù)PLC控制系統(tǒng)隨成套設備被安置在環(huán)境復雜的生產現(xiàn)場。一般情況下，PLC設備發(fā)生故障是隨機的、不可預見的，也是不可避免的。PLC控制系統(tǒng)對于連續(xù)自動化生產發(fā)揮著至關重要的作用。因此，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過故障現(xiàn)象快速分析、查找、排除、解決故障，對于企業(yè)平穩(wěn)生產有著關鍵性的作用。這就要求專業(yè)技術人員要重視安全操作規(guī)程，日常工作中嚴格執(zhí)行相關規(guī)定，規(guī)范日常檢查內容，加強專業(yè)技術知識學習，歸納總結故障處理的經(jīng)驗，便于在日后快速準確處理類似故障，降低系統(tǒng)的維護成本。

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