秦常貴

(廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512126)

0 引言

隨著技術(shù)的不斷成熟、價(jià)格的不斷降低和可靠性的不斷提高，PLC技術(shù)在各行各業(yè)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，穩(wěn)居三大自動化技術(shù)(PLC技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)、機(jī)器人技術(shù))首位。雖然PLC的可靠性很高，平均連續(xù)工作無故障時(shí)間已達(dá)20萬小時(shí)(約23年)以上。但是，可靠性高，并不等于一定不會出現(xiàn)問題，數(shù)以萬計(jì)的在用PLC，勢必會出現(xiàn)大量的故障。而目前能進(jìn)行PLC故障維修的人員匱乏，造成大量用戶想維修卻不方便，有些用戶就干脆直接更換新機(jī)，造成資源大量浪費(fèi)的同時(shí)增加了單位生產(chǎn)成本。其實(shí)，PLC很多故障是可以維修的，有些甚至是很簡單的，只要具有基本的電工知識就可以進(jìn)行維修，但很少有人知道如何進(jìn)行維修，甚至沒想過PLC竟然還可以維修。為此，本人憑借二十多年從事PLC實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)及PLC工程項(xiàng)目建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，以三菱FX2N-48MR機(jī)型為例，詳細(xì)介紹PLC故障和檢修流程及檢修方法，希望能夠?qū)氖翽LC工作的相關(guān)人員有所幫助。

1 PLC內(nèi)裝印制電路板

三菱FX2N-48MR機(jī)型PLC內(nèi)裝有三塊印制電路板，上面一層是CPU和通訊接口及工作狀態(tài)指示板(以下簡稱CPU板)，中間一層是輸入輸出接口板，下面一層是電源板，如圖1所示。其中，圖1(a)的左半部分為CPU和通訊接口板，右半部分為工作狀態(tài)指示板，64點(diǎn)以上機(jī)型將兩塊電路板分開印制。

2 FX2N-48MR機(jī)型PLC常見故障及解決辦法

FX2N-48MR機(jī)型PLC常見故障及解決辦法如表1所示。

3 PLC故障檢修流程與方法

3.1 檢修前的準(zhǔn)備

當(dāng)一臺PLC出現(xiàn)故障，準(zhǔn)備檢修前首先應(yīng)將PLC中的用戶程序保存，以便修復(fù)后復(fù)裝。當(dāng)然，也有可能PLC無法開機(jī)，那就無法保存用戶程序。碰到這種情況，應(yīng)先將PLC的電源模塊修復(fù)。注意，在用戶程序未保存之前，千萬不要將PLC的內(nèi)置后備電池拆下，否則時(shí)間稍長就容易造成用戶程序丟失。

圖1 三菱FX2N-48MR機(jī)型PLC內(nèi)裝印制電路板

檢修前應(yīng)準(zhǔn)備好萬用表、鑷子、電烙鐵、焊錫絲、吸錫器、助焊劑、熱風(fēng)槍等檢修工具以及輸出繼電器、濾波電容、光電耦合器等易損件材料，以便更換器件使用；有條件的話，準(zhǔn)備一臺完好的與待修機(jī)同型號的PLC，以便在檢修過程中采用比較法進(jìn)行故障判斷；準(zhǔn)備裝有適合待修機(jī)編程軟件的電腦，以便檢修后編程測試。

3.2 檢修原則及流程

與一般電子電路的檢修一樣，PLC的故障維修最關(guān)鍵的工作就是找到故障點(diǎn)。尋找故障點(diǎn)應(yīng)遵循由外及內(nèi)、由大到小的原則。所謂由外及內(nèi)就是指尋找故障點(diǎn)的觀察及測試應(yīng)該由PLC的外部開始逐步擴(kuò)展到PLC的內(nèi)部；由大到小就是指應(yīng)先確定故障點(diǎn)的大致類型及部位，如先確定故障點(diǎn)在哪塊印制電路板上，再深入到該印制電路板上的具體故障元件。另外，PLC檢修還應(yīng)遵循先簡單后復(fù)雜、先機(jī)械后電氣、先靜態(tài)后動態(tài)、先普遍后特殊、先直流后交流、先斷電測量后通電測試等原則。

表1 FX2N-48MR機(jī)型PLC常見故障及解決辦法

為了能高效快速、安全可靠地找到故障點(diǎn)，PLC故障檢修應(yīng)該有一個(gè)科學(xué)合理的工作流程，如圖2所示。其中PLC測試程序如圖3所示。

3.3 檢修方法

除了根據(jù)上面的PLC故障檢修流程一步一步檢修故障外，還有以下幾種常用的PLC故障檢修方法。

(1) 直觀法。直觀法通常在不通電的情況下，充分利用人的眼、鼻、手等感覺器官檢查有關(guān)元器件是否存在松動、斷路、短路、燒焦、變色、接觸不良、虛焊脫焊和熔斷器熔體熔斷等現(xiàn)象。在進(jìn)行直觀檢查之前，應(yīng)先向現(xiàn)場工作人員詳細(xì)詢問故障發(fā)生時(shí)的情景，例如有沒有產(chǎn)生煙霧、氣味、聲音、發(fā)光等現(xiàn)象。

(2) 對比法。對比法是將錯(cuò)誤的特征與正確的特征做比較來尋找故障點(diǎn)的辦法。經(jīng)初步分析和判斷，懷疑某一電路存在問題時(shí)，將測得此電路的參數(shù)與工作狀態(tài)相同的正常電路參數(shù)進(jìn)行一一對比，從而找到故障點(diǎn)所在位置。此法在沒有電路原理圖的情況下最適用。

(3) 替換法。替換法是用規(guī)格型號相同、性能完好的電路板或元器件替換故障PLC上的某個(gè)被懷疑的電路板或元器件，從而判斷故障所在位置的一種檢測方法。有時(shí)故障比較隱蔽，某些電路的故障原因很難確定或檢查時(shí)間過長，此時(shí)可用相同規(guī)格型號的、性能完好的電路板或元器件進(jìn)行替換，以便縮小故障范圍，從而進(jìn)一步查找故障點(diǎn)。替換后，如果故障現(xiàn)象消失，則說明故障點(diǎn)就在被替換的電路板上或就是被替換的元器件；否則，故障點(diǎn)不在此處。

(4) 系統(tǒng)自診斷法。系統(tǒng)自診斷法就是利用PLC的自診斷功能來判斷故障位置的方法。充分利用PLC的自診斷功能，根據(jù)顯示的故障信息及發(fā)光二極管等器件的指示，可分門別類地判斷出故障的大致原因。進(jìn)一步利用PLC系統(tǒng)的自診斷功能，還能顯示PLC與外部設(shè)備的接口信息狀態(tài)，找出故障的大致部位。通常情況下，PLC會對電壓、電流、溫度、通信等故障給出相應(yīng)的故障信息，且以不同的方式給出故障指示，這些對于檢修人員來說是非常重要的信息。

4 PLC故障實(shí)例探析

4.1 電源板故障

(1) 故障描述：PLC電源指示燈不亮，PLC不工作。

(2) 故障檢修：經(jīng)詢問，故障發(fā)生前，從PLC機(jī)箱內(nèi)有煙霧冒出，并伴有強(qiáng)烈的刺鼻氣味。根據(jù)PLC故障檢修流程，首先用萬用表測量PLC電源輸入端L、N之間的電阻值，發(fā)現(xiàn)其電阻值無窮大，則說明可以通電；接通PLC電源，發(fā)現(xiàn)POWER指示燈不亮，于是判斷電源板故障。打開機(jī)箱，將PLC上面的兩塊印制電路板(CPU板和輸入輸出接口板)卸下，一眼就可以看到電源板上的C6濾波大電容(見圖1(c)所示)已經(jīng)燒焦。用直觀法就可以判斷C6濾波大電容損壞至少是產(chǎn)生故障的直接原因之一。于是，先更換C6濾波大電容。更換C6濾波大電容后，接通電源(正常AC220 V電源，非原來的電源)，POWER指示燈亮，再進(jìn)行整機(jī)測試，無其他故障，PLC故障修復(fù)。此故障維修成本2元，檢修時(shí)間大約20 min。

(3) 故障探析：C6濾波大電容被燒焦，說明其承受的電壓過高。于是測量供電電壓是否正常，發(fā)現(xiàn)供電電壓達(dá)400 V。原來是施工人員(新建實(shí)驗(yàn)室)將電源線路接錯(cuò)，錯(cuò)誤地將兩根火線接到了PLC的L、N端，使PLC的供電電壓超過了允許的最高電壓264 V，從而導(dǎo)致C6濾波大電容工作電壓過高而被擊穿燒毀。

圖2 PLC故障檢修流程

圖3 PLC測試程序

4.2 輸出電路故障

(1) 故障描述：Y0輸出點(diǎn)不受程序控制，始終導(dǎo)通。

(2) 故障檢修：以Y0輸出點(diǎn)為例，PLC輸出電路的檢修流程如圖4所示。其中，IC1即為表1中輸入輸出主芯片CG46842-107；“下略”的意思是一方面芯片很少出現(xiàn)故障，另一方面即使芯片出現(xiàn)故障，一般用戶也很難找到相應(yīng)芯片的資料，就算找到芯片資料，也無法維修，因?yàn)椴痪邆涓鼡Q集成度很高的芯片的焊接技術(shù)。首先，在電源沒有接通的情況下，直接測量輸出點(diǎn)Y0與對應(yīng)的公共端COM1之間的電阻，發(fā)現(xiàn)其阻值為0，可直接判斷輸出點(diǎn)Y0對應(yīng)的輸出繼電器RY1損壞，其常開觸點(diǎn)粘連在一起無法斷開。打開機(jī)箱，取下PLC輸入輸出接口板，找到印制電路板的輸出繼電器RY1(如圖1(b)所示)，并更換該繼電器。更換時(shí)應(yīng)盡量使用相同型號，否則可能出現(xiàn)焊接腳的間距及線圈額定電壓不一致的情況，導(dǎo)致很難更換。更換完畢后，PLC通電(因?yàn)闄z修前PLC電源本身沒有故障，所以可以直接通電)，將PLC測試程序下載到PLC中，根據(jù)PLC輸出電路檢修流程將輸入點(diǎn)X0做接通、斷開動作，用電腦監(jiān)控輸出點(diǎn)Y0的動作情況，同時(shí)用萬用表測量輸出點(diǎn)Y0與對應(yīng)公共端COM1之間的電阻值，發(fā)現(xiàn)電腦監(jiān)控Y0通、斷正常，同時(shí)Y0與COM1之間的電阻值也在0與無窮大之間變化，據(jù)此可判斷輸出點(diǎn)Y0工作已恢復(fù)正常。一般情況下，順便再對其他輸出點(diǎn)進(jìn)行一一測試，如有故障，一并修復(fù)。

此故障維修成本6元，檢修時(shí)間大約30 min。

(3) 故障探析：PLC輸出繼電器損壞是PLC最常見的故障，導(dǎo)致PLC輸出繼電器經(jīng)常損壞的原因主要有以下兩個(gè)方面：

一方面，繼電器輸出型的PLC其動作頻率是有限制的，一般規(guī)定不超過10 Hz。而在實(shí)際使用過程中，在程序中本應(yīng)使用脈沖執(zhí)行型指令，而用戶不知道使用或輸入程序時(shí)疏漏而使用了連續(xù)執(zhí)行型指令，如圖5所示的DEC指令，其作用就是每隔1 s讓顯示時(shí)間減少1 s。如果因?yàn)榇中拇笠鉀]有正確使用脈沖執(zhí)行型指令(DECP)而錯(cuò)誤地使用了連續(xù)執(zhí)行型指令(DEC)，這樣在特殊輔助繼電器M8013(1 s周期方波振蕩)有輸出的0.5 s時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)寄存器D0里面的數(shù)據(jù)會每個(gè)掃描周期(通常幾毫秒至幾十毫秒)都會減少1，通過SEGD七段譯碼指令后，即每個(gè)掃描周期都要顯示不同的數(shù)字，這樣就會使輸出繼電器Y0～Y6和Y10～Y16高速接通與斷開，動作頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過10 Hz，從而導(dǎo)致輸出繼電器的損壞。以PLC掃描周期為10 ms為例，如果沒有使用脈沖輸出型指令，則相應(yīng)的輸出繼電器的動作頻率為1 000÷10=100 Hz，如果掃描周期更短，則動作頻率更快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)定的10 Hz，這樣，只要工作時(shí)間稍長，就非常容易導(dǎo)致輸出繼電器因?yàn)楦咚俳油ㄅc斷開而損壞。解決辦法是：程序中該用脈沖執(zhí)行型指令的地方，一定要記得使用脈沖執(zhí)行型指令；繼電器動作頻率最好不要超過2 Hz，如需更高的動作頻率，則應(yīng)該使用晶體管輸出型(直流負(fù)載)或可控硅輸出型(交流負(fù)載)的PLC。

另一方面，F(xiàn)X2N系列PLC輸出繼電器的允許工作電流為2 A，用戶不知道或沒有養(yǎng)成良好的習(xí)慣，將工作額定電流大于甚至遠(yuǎn)大于2 A的負(fù)載直接接在相應(yīng)的輸出點(diǎn)，這樣容易導(dǎo)致輸出繼電器的觸點(diǎn)由于電流過大而發(fā)熱，如果時(shí)間過長，繼電器的觸點(diǎn)就會出現(xiàn)熔融狀態(tài)而粘連在一起，從而導(dǎo)致斷電后觸點(diǎn)無法自行斷開而損壞。解決辦法是：對于額定電流超過2 A的負(fù)載，一定要先控制額定電流遠(yuǎn)小于2 A的中間繼電器，再用中間繼電器的常開觸點(diǎn)(允許大電流)去控制額定電流超過2 A的負(fù)載。

圖4 PLC輸出電路檢修流程

圖5 60秒循環(huán)倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示控制程序

類似以上2個(gè)PLC故障，只要不涉及更換主芯片，維修成本一般只有幾元錢，只要正確掌握了PLC故障檢修流程和方法，故障檢修一般在1 h之內(nèi)可以完成。如果檢測找不到明顯的故障點(diǎn)，即PLC故障得不到解決，則可以使用熱風(fēng)槍對被懷疑部分電路或整塊印制電路板進(jìn)行吹焊，故障也許可以得到解決。這

是因?yàn)橛≈齐娐钒迳系哪硞€(gè)元器件或某塊芯片的管腳出現(xiàn)了輕微的虛焊，用肉眼或常規(guī)檢測是很難發(fā)現(xiàn)的，使用熱風(fēng)槍進(jìn)行均勻加熱吹焊，可以有效修復(fù)因這種輕微虛焊而導(dǎo)致的故障。

5 結(jié)語

本文詳細(xì)介紹了PLC故障及解決辦法和PLC故障檢修流程與方法，并通過PLC故障實(shí)例剖析了產(chǎn)生PLC故障的原因?？梢园l(fā)現(xiàn)，PLC的故障其實(shí)很大程度上都是人為錯(cuò)誤造成的，只要注重PLC的硬件接線和程序設(shè)計(jì)，絕大部分的PLC故障都是可以有效避免的。但是，因?yàn)榭傆薪?jīng)驗(yàn)不足者或新人進(jìn)入PLC領(lǐng)域工作，所以PLC故障也就在所難免。