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西门子PLC控制器故障维修

西门子PLC控制器故障维修

简要描述:江苏西门子PLC控制器故障维修
浙江乾顺电气设备有限公司产品维修售后服务:变频器、PLC、人机界面,触摸屏,直流调速器,整流单元,数控系统、直流调速、伺服电机、直流电机、直流电源、非标自动化控制系统维修及产品的维护服务

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所属分类:维修西门子全系列产品

更新时间:2021-04-29

厂商性质:经销商

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江苏西门子PLC控制器故障维修

江苏西门子PLC控制器故障维修

西门子plc的硬件结构和工作原理,接下来给大家讲解下PLC常见的硬件故障原因
PLC的硬件故障较为直观地就能发现,维修的基本方法就是更换模块。根据故障指示灯和故障现象判断故障模块是检修的关键,盲目的更换会带来不必要的损失。

(1)电源模块故障
一个工作正常的电源模块,其上面的工作指示灯如“AC”、“24VDC”、“5VDC”、“BATT”等应该是绿色长亮的,哪一个灯的颜色发生了变化或闪烁或熄灭就表示那一部分的电源有问题。“AC”灯表示PLC的交流总电源,“AC”灯不亮时多半无工作电源,整个PLC停止。
这时就应该检查电源保险丝是否熔断,更换熔丝是应用同规格同型号的保险丝,无同型号的进口熔丝时要用电流相同的快速熔丝代替。如重复烧保险丝说明电路板短路或损坏,更换整个电源。“5VDC”、“24VDC”灯熄灭表示无相应的直流电源输出,当电源偏差超出正常值5%时指示灯闪烁,此时虽然PLC仍能工作,但应引起重视,必要时停机检修。
“BATT”变色灯是后备电源指示灯,绿色正常,黄色电量低,红色故障。黄灯亮时就应该更换后备电池,手册规定两到三年更换锂电池一次,当红灯亮时表示后备电源系统故障,也需要更换整个模块。

(2)I/O模块故障
输入模块一般由光电耦合电路组成;输出模块根据型号不同有继电输出、晶体管输出、电输出等。每一点输入输出都有相应的发光二极管指示。
有输入信号但该点不亮或确定有输出但输出灯不亮时就应该怀疑I/O模块有故障。输入和输出模块有6到24个点,如果只是因为一个点的损坏就更换整个模块在经济上不合算。通常的做法是找备用点替代,然后在程序中更改相应的地址。
但要注意,程序较大是查找具体地址有困难。特别强调的是,无论是更换输入模块还是更换输出模块,都要在PLC断电的情况下进行,S5带电插拔模块是绝对不允许的。

(3)CPU模块故障
通用型S5PLC的CPU模块上往往包括有通信接口、EPROM插槽、运行开关等,故障的隐蔽性更大,因为更换CPU模块的费用很大,所以对它的故障分析、判断要尤为仔细。
检修实例:一台PLC合上电源时无法将开关拨到RUN状态,错误指示灯先闪烁后常亮,断电复位后故障依旧,更换CPU模块后运行正常。在进行芯片级维修时更换了CPU但故障灯仍然不停闪烁,至到更换了通信借口板后功能才恢复正常。

西门子plc维修教程

plc硬件损坏或软件运行出错的概率极低,检查故障时,重点应放在PLC的外围电气元件,PLC的故障大多数是外围接口信号故障,维修时,只要PLC有部分控制的动作正常,就不用怀疑PLC的程序问题。确认运算程序有输出,而PLC的接口没有输出,则为接口电路故障。PLC系统的硬件故障多于软件故障,大多是外部信号不满足或执行元件故障引起,而不是PLC系统的问题。
可根据PLC输入、输出状态来判断故障。PLC的输入输出信号都要通过I/O通道,有些故障会在I/O接口通道上反映出来,有时通过观察I/O接口状态,就可找出故障原因。
PLC都具有自诊断功能,检查故障时可根据报警信息,查明原因并确定故障部位,也是检查和排除PLC故障的基本手段和方法。先判断故障是全局还是局部的,上位机显示多处控制元件工作不正常,提示很多报警信息,就需要检查CPU模块、存储器模块、通信模块及电源等公共部分。
经验表明PLC控制系统出现的绝大部分故障,都是通过PLC程序检查出来的。PLC控制系统的动作都是按照一定顺序来完成的,观察系统的动作过程,比较故障和正常时的情况,大多可发现疑点,判断出现故障原因。有些故障可在屏幕上直接显示出报警原因,有些虽然有报警信息,但并没有直接反映出报警的原因;还有些故障不产生报警信息,只是有些动作不执行;遇到以上两种情况,跟踪PLC程序的运行是检查故障的有效方法。
PLC故障分为软件故障和硬件故障,本文结合PLC系统现场故障处理实例,分享PLC故障维修经验,本文是PLC高手速成秘籍!!
PLC主要由中央处理单元、输入接口、输出接口、通信接口等部分组成,其中CPU是PLC的核心,I/0部件是连接现场设备与CPU之间的接口电路,通信接口用于与编程器和上位机连接。对于整体式PLC,所有部件都装在同一机壳内;对于模块式PLC,各功能部件独立封装,称为模块或模板,各模块通过总线连接,安装在机架或导轨上。
PLC系统故障分析
PLC控制系统故障分为软件故障和硬件故障两部分。PLC系统包括中央处理器、主机箱、扩展机箱、I/O模块及相关的网络和外部设备。现场生产控制设备包括I/0端口和现场控制检测设备,如继电器、接触器、阀门、电动机等。

1、PLC软件故障
PLC具有自诊断能力,发生模块功能错误时往往能报警并按预先程序作出反应,通过故障指示灯就可判断。当电源正常,各指示灯也指示正常,特别是输入信号正常,但系统功能不正常(输出无或乱)时,本着先易后难、先软后硬的检修原则首先检查用户程序是否出现问题。
用户程序储存在PLC的RAM中,是掉电易失性的,当后备电池故障系统电源发生闪失时,程序丢失或紊乱的可能性就很大,强烈的电磁干扰也会引起程序出错。

2、PLC硬件故障

①PLC主机系统故障
A、电源系统故障。电源在连续工作、散热中,电压和电流的波动冲击是不可避免的。
B、通讯网络系统故障。通讯及网络受外部干扰的可能性大,外部环境是造成通讯外部设备故障的大因素之一。系统总线的损坏主要由于PLC多为插件结构,长期使用插拔模块会造成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线损坏,在空气温度变化、湿度变化的影响下,总线的塑料老化、印刷线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗的原因。

②PLC的I/O端口故障。
I/O模块的故障主要是外部各种干扰的影响,首先要按照其使用的要求进行使用,不可随意减少其外部保护设备,其次分析主要的干扰因素,对主要干扰源要进行隔离或处理。
③现场控制设备故障

A、继电器、接触器。减少此类故障应尽量选用高性能继电器,改善元器件使用环境,减少更换的频率。现场环境如果恶劣,接触器触点易打火或氧化,然后发热变形直至不能使用。
B、阀门或闸板等类设备。长期使用缺乏维护,机械、电气失灵是故障产生的主要原因,因这类设备的关键执行部位,相对的位移一般较大,或者要经过电气转换等几个步骤才能完成阀门或闸板的位置转换,或者利用电动执行机构推拉阀门或闸板的位置转换,机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。
C、开关、极限位置、安全保护和现场操作上的一些元件或设备故障,其原因可能是因为长期磨损,或长期不用而锈蚀老化。对于这类设备故障的处理主要体现在定期维护,使设备时刻处于完好状态。对于限位开关尤其是重型设备上的限位开关除了定期检修外,还要在设计的过程中加入多重的保护措施。
D、PLC系统中的子设备,如接线盒、线端子、螺栓螺母等处故障。这类故障产生的原因主要是设备本身的制作工艺、安装工艺及长期的打火、锈蚀等造成。根据工程经验,这类故障一般是很难发现和维修的。所以在设备的安装和维修中一定要按照安装要求的安装工艺进行,不留设备隐患。
E、传感器和仪表故障。这类故障在控制系统中一般反映在信号的不正常。这类设备安装时信号线的屏蔽层应单端可靠接地,并尽量与动力电缆分开敷设,特别是高干扰的变频器输出电缆,而且要在PLC内部进行软件滤波。
F、电源、地线和信号线的噪声(干扰)故障。
PLC系统故障实例分析

1、PLC软故障实例
一台停机一段时间的PLC控制系统上电后无法启动
故障检查、处理:检修人员在检查后认为程序出错,很自然地将EPROM卡插人PLC中,总清后拷贝程序,完成后重启,故障依旧,由于程序不大,逐条把EPROM上的程序读出,与手册上的指令核对后发现完全一样,重复拷贝无效后认为是PLC硬件故障。用PG将备份程序调出,与EPROM上的程序进行比对,结果语句指令表相同,但程序存放地址发生了变化,把备份程序发送到PLC后设备运行正常。可见EPROM上的程序也出现了错误,擦除后重新写入问题解决。

2、PLC硬件故障实例
①某石化装置西门子PLC(S7-300,CPU315-2DP)在使用时,突然停止运行
故障检查、分析:检查报警灯、程序、供电电源,在检查报警时,发现CPU上BAT灯亮起。检査程序时,发现没有对电池失效进行故障处理。
故障处理:更换CPU电池,对电池失效故障在程序中进行相应处理。
②某日晚,压缩机PLC与主控PLC通讯突然中断,主控dcs上显示压缩机PLC与主控PLC通讯中断报警,压缩机控制室里的电机信号在主控合成DCS上均显示红色(停止状态),压缩机控制室里的一些流量、压力、温度等信号,在主控合成DCS上均显示高低报警。由于通讯中断使压缩机控制室里一些重要联锁不能送到主控,从而使全厂停车
故障检查、分析:从理论上讲,引起压缩机PLC和主控PLC通讯中断的原因主要是两个:一个是软件不同步;另一个是由于硬件如CP525卡、CPU卡故障。
首先从软件方面进行处理。在主控PLC进行了同步操作,强制通讯数据字DW13的第14位,结果通讯仍然没有建立起来,看来不是主控PLC不同步引起的。接着在压缩机PLC对其进行了同步操作,强制通讯数据字MW10的第14位,结果通讯建立。从而确认这次压缩机的PLC与主控PLC通讯中断的原因是由于压缩机程序不同步引起的,造成程序不同步的原因是外界的电磁干扰。
故障处理:为了避免此类故障的再次发生,应加强控制室的屏蔽,禁止在控制室使用等通讯工具。
③西门子PLC(S7-300)的SF灯报警
故障检查、分析:SF灯报警说明输入点有故障。
故障处理:检查各个输入点工作状态,在检查时发现现场一台温度变送器没有输入信号,经处理后故障消失。
④PLC某个输入点外部没有被接通(即使拆开该输人端子上的连接线效果也相同),但该输入点实际已经被接通而且相应输入指示灯常亮
故障分析:判断该端子的相邻端子已经被接通,而PLC的输入端子之间存在铁屑,导致了该输入点被接通,或该输入点已经被损坏。
故障处理:拆开PLC的所有输入端子的连线,发现输入端子排上存在很多铁屑,将端子上的铁屑吹干净,然后恢复接线,故障被排除。
⑤控制系统PLC数字输入卡SF灯变红色
故障检查、分析:将卡件电源重新送电后,故障现象依然存在;重新启动PLC主机后,故障指示灯仍旧是红色。于是对卡件所接收的现场信号一一进行检查后发现一回讯开关有异常。用万用表测量后发现,回路电阻无穷大,这说明回讯开关坏而被数字输入卡检测到。
故障处理:更换备件后故障指示灯灭。
⑥造粒机PLC控制系统模拟输入卡接收的现场信号在DCS上指示无穷大
故障检查、分析:分析可能是现场压力变送器和接线箱之间相互连接的通讯电缆出现故障,于是更换通讯电缆,但现象依然如故。仔细检查分析整个回路后发现,在回路中容易出现的地方有三个,压力变送器本身、通讯电缆、卡件,压力变送器、通讯电缆都已排除。将卡件拆开来看后发现里面的一个小的集成块已经被烧毁。
故障处理:更换卡件。
⑦两个PLC互为热备的控制器中只有一个能够运行,另一个始终处于停止
故障检查、分析:将整个控制柜断电、送电后同时启动两个PLC主机还是只有一个PLC主机运行。查询相关资料后发现OB70,OB72两个系统功能块负责冗余故障,如果没有插入这两个功能块则系统冗余丢失,即只有一个CPU能够运行。
故障处理:插入这两个系统功能块后,控制系统恢复正常。

可编程逻辑控制器简称PLC(英文全称:Programmable Logic Controller)。随着科学技术的发展,为适应多品种,小批量生产的需求而产生发展起来的一种新型的工业控制装置 [2]  。
1.现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路,作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。
2.现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成,作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
常用的I/O分类如下:
开关量:按电压水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔离方式分,有继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量:按信号类型分,有电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外,还有特殊IO模块,如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
按I/O点数确定模块规格及数量,I/O模块可多可少,但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或机架槽数限制。
1987年国际电工委员会(IEC)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:
“PLC是一种数字运算操作的电子的电子系统,专门在工业环境下应用而设计。它采用可以编制程序的存储器,用来在执行存储逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字或模拟的输入(I)和输出(O)接口,控制各种类型的机械设备或生产过程。”
结构与产品编辑
从PLC的硬件结构形式上,PLC可以分为整体固定I/O型,基本单元加扩展型,模块式,集成式,分布式5种基本结构形式。
PLC的组成 [3]  :
中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢,是PLC的核心起神经中枢的作用,每套PLC至少有一个CPU。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性,对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统,或采用三CPU的表决式系统。这样,即使某个CPU出现故障,整个系统仍能正常运行。
CPU速度和内存容量是PLC的重要参数,它们决定着PLC的工作速度,I/O数量及软件容量等,因此限制着控制规模。
存储器
系统程序存储器是存放系统软件的存储器;用户程序存储器是存放PLC用户程序应用;数据存储器用来存储PLC程序执行时的中间状态与信息,它相当于PC的内存。
输入输出接口(I/O模块)
PLC与电气回路的接口,是通过输入输出部分(I/O)完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统,输出模块相反。I/O分为开关量输入(DI),开关量输出(DO),模拟量输入(AI),模拟量输出(AO)等模块。
通信接口
通信接口的主要作用是实现PLC与外部设备之间的数据交换(通信)。通信接口的形式多样,最基本的有UBS,RS-232,RS-422/RS-485等的标准串行接口。可以通过多芯电缆,双绞线,同轴电缆,光缆等进行连接。
电源
PLC的电源为PLC电路提供工作电源,在整个系统中起着十分重要的作用。一个良好的、可靠的电源系统是PLC的最基本保障。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内,可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。电源输入类型有:交流电源(220VAC或110VAC),直流电源(常用的为24VDC)。
特点编辑
(一)可靠性高,抗干扰能力强 [2] 
PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器,仅剩下与输入和输出有关的少量硬件,接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100,因触点接触不良造成的故障大为减少。
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说,使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样,整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
(二)硬件配套齐全,功能完善,适用性强
PLC发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品,并且已经标准化、系列化、模块化,配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用,用户能灵活方便地进行系统配置,组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便,一般用接线端子连接外部接线 [3]  。PLC有较强的带负载能力,可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器,可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外,现代PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。PLC的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
(三)易学易用,深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
(四)容易改造
系统的设计、安装、调试工作量小,维护方便,容易改造。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律,很容易掌握。对于复杂的控制系统,梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。
PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。
(五)体积小,重量轻,能耗低
以超小型PLC为例,新近出产的品种底部尺寸小于100mm,仅相当于几个继电器的大小,因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。它的重量小于150g,功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制器。
安装与维护编辑
PLC的安装
在安装PLC时,要避开下列场所:①环境温度超过0~50摄氏度的范围。②相对湿度超过85%或者存在露水凝聚(由温度突变或其他因素所引起的)。③太阳光直接照射。④有腐蚀和易燃的气体,例如氯化氢、硫化氢等。⑤有大量铁屑及灰尘。⑥频繁或连续的振动,振动频率为10~55赫兹、幅度为0.5毫米(峰—峰)。⑦超过10g(重力加速度)的冲击 [3]  。
为了使控制系统工作可靠,通常把可编程控制器安装在有保护外壳的控制柜中,以防止灰尘、油污、水溅。为了保证其温度保持在规定环境温度范围内,安装机器应有足够的通风空间,基本单元和扩展单元之间要有30毫米以上间隔。如果周围环境超过55摄氏度,要安装电风扇,强迫通风。
为了避免其他外围设备的电干扰,可编程控制器应尽可能远离高压电源线和高压设备,可编程控制器与高压设备和电源线之间应留出至少200毫米的距离。
电源接线
PLC供电电源为50赫兹、220伏±10%的交流电。
如果电源发生故障,中断时间少于10毫秒,PLC工作不受影响。若电源中断超过10毫秒或电源下降超过允许值,则PLC停止工作,所有的输出点均同时断开。当电源恢复时,若RUN输入接通,则操作自动进行 [3]  。
对于电源线来的干扰,PLC本身具有足够的抵制能力。如果电源干扰特别严重,可以安装一个变比为1∶1的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰。
接地
良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件,可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地线与机器的接地端相接,基本单元接地。如果要用扩展单元,其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰,应给可编程控制器接上专用地线,接地点应与动力设备(如电机)的接地点分开。若达不到这种要求,也必须做到与其他设备公共接地,禁止与其他设备串联接地。接地点应尽可能靠近PLC。
直流24伏接线端
PLC上的24伏接线端子,还可以向外部传感器(如接近开关或光电开关)提供电流。24伏端子作传感器电源时,端子是直流24伏地端。如果采用扩展单元,则应将基本单元和扩展单元的24伏端连接起来。另外,任何外部电源不能接到这个端子上。
如果发生过载现象,电压将自动跌落,该点输入对可编程控制器不起作用。
每种型号的PLC的输入点数量是有规定的。对每一个尚未使用的输入点,它不耗电,因此在这种情况下,24伏电源端子向外供电流的能力可以增加。
输入接线
一般接受行程开关、限位开关等输入的开关量信号。输入接线端子是PLC与外部传感器负载转换信号的端口。输入接线,一般指外部传感器与输入端口的接线 [4]  。
输入器件可以是任何无源的触点或集电极开路的NPN管。输入器件接通时,输入端接通,输入线路闭合,同时输入指示的发光二极管亮。
输入端的一次电路与二次电路之间,采用光电耦合隔离。二次电路带RC滤波器,以防止由于输入触点抖动或从输入线路串入的电噪声引起PLC误动作。
若在输入触点电路串联二极管,在串联二极管上的电压应小于4伏。若使用带发光二极管的舌簧开关,串联二极管的数目不能超过两只。
输出接线
可编程控制器有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出3种形式。输出端接线分为独立输出和公共输出。当PLC的输出继电器或晶闸管动作时,同一号码的两个输出端接通。在不同组中,可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上,并且连接至端子板,若将连接输出元件的负载短路,将烧毁印制电路板,因此,应用熔丝保护输出元件。
采用继电器输出时,承受的电感性负载大小影响到继电器的工作寿命,因此继电器工作寿命要求长。
主要用途编辑
PLC采用微电子技术来完成各种控制功能,在现场的输入信号作用下,按照预先输入的程序,控制现场的执行机构,按照一定规律进行动作。其主要功能如下 [3]  。
顺序逻辑控制

这是PLC最基本最广泛的应用领域,用来取代继电器控制系统,实现逻辑控制和顺序控制。它即可用于单机控制或多机控制又可用于自动化生产线的控制。PLC根据操作按钮、限位开关及其他现场给出的指令信号,控制机械运动部件进行相应的操作 [5]  。
运动控制
在机械加工行业,可编程控制器与计算机数控(CNC)集成在一起,完成机床的运动控制。很多PLC制造厂家已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴的位置控制模板。在多数情况下,PLC把描述目标位置的数据送给模板,模板移动一轴或数轴到目标位置。当每个轴移动时,位置控制模板保持适当的速度和加速度,确保运动平滑。已用于控制无心磨削、冲压、复杂零件分段冲裁、滚削、磨消应用当中。
定时控制
PLC为用户提供了一定数量的定时器,设置了定时器指令,如OMRON公司的CPM1A,,每个定时器可实现0·1~999·9s或0·01~99·9s的定时控制,SIEMENS公司S7—200系列可提供时基单位为0·1s/0`01s及0·00s的定时器,实现从0·001s到3276·7s的定时制。可按一定方式进行定时时间的扩展。定时精度高,定时设定方便、灵活。PLC还提供了高精度的时钟脉冲,用于准确的实时控制。
记数控制
PLC为用户提供的记数器分为普通记数器,可逆记数器(增减计数器)、高速计数器等,用来完成不同用途的记数控制命令。计数器值等于计数器设定值,或在某一数值范围时,发出控制命令。计数器的记数值可在运行中被读出,也可在运行中进行修改 [3]  。
步进控制

PLC为用户提供了一定数量的移位寄存器,用移位寄存器可方便地完成步进控制功能。在一道工序完成之后,自动进行下一道工序。一个工作周期结束后,自动进入下一个工作周期。有些PLC还专门设有步进控制指令,使得步进控制更为方便。
数据处理
大部分PLC都具有不同程度的数据处理功能 [3]  ,如F2系列、C系列、S7系列PLC等,能完成数据运算如;加、减、乘、除、乘方、开方等,逻辑运算如;字与、字或、字异或、求反等,移位、数据比较和传送数值的转换等操作。
模、数和数、模转换
在过程控制或闭环控制系统中,存在温度、压力、流量、速度位移、电流、电压等连续变化的物理量。过去,PLC用于逻辑控制,对于这些物理量的控制主要靠仪表控制或分布式系统DCS。大、中型PLC都具有物理处理功能,很多小型PLC也具有物理量处理功能,编程和使用都很方便 [2]  。
通信及联网
大都分PLC都具备通信能力,能够实现PLC与计算机,PLC与PLC之间的通信。通过这些通信技术,使PLC更容易构成工厂自动化(FA)系统。也可与打印机、监视器等外部设备相连,记录和监视有关数据
根据用户的使用方式和特点,可编程控制器可以分为两种完全不同的市场:项目型市场和OEM型市场。可编程控制器的主要应用 [5]  :
项目型市场中,可编程控制器主要应用在冶金、汽车、市政、电力等行业;OEM市场中,可编程控制器主要应用在纺织机械、包装、机床等传统行业。小型PLC主要用于OEM市场,主要以三菱,西门子,欧姆龙、爱德克等品牌为主,爱德克的可编程控制器有:FC4A,FC5A,FT1A,其中FT1A将 PLC 功能与小型显示器结合在一起,无需主机设备,省接线,省空间,性价比高。而FT1A使用非常方便,例如其触点输出为10A,可以直接带动大容量负载,如电磁阀等。

检查PLC常见故障的重点是软件和硬件两大部分。昌晖仪表建议先做一个PLC初步检查,判断PLC故障的大致范围,然后逐步缩小检查范围,直至查出具体的故障点,确定了故障的大致范围后,可以着手进行详细的PLC常见故障维修检查和处理。

PLC初步检查的步骤如图1所示。
PLC初步检查步骤图
图1  PLC初步检查步骤图


1、PLC输入、输出设备的故障检查及处理

检查和处理输入和输出设备故障是PLC系统维修的主要工作之一。
①PLC输入设备的检查及处理
由于现场环境的原因,输入设备的电气元器件及连接电路最易出现故障,如开关、接触器、传感器等,一是元器件本身有故障,开关、继电器、接触器的触点易打火或氧化,出现烧坏或接触不良的故障,传感器的输出信号不稳定或失灵等;二是连接线路的故障,如短路、断路,线路的绝缘下降而接地,接线端氧化或锈蚀出现接触不良。以上故障通过观察或用万用表测量,大多能发现问题,对症处理即可。

②PLC输出设备的检查及处理
首先将执行机构切至“硬操”控制状态,手动操作,观察执行机构能否正确动作。如果“硬操”不正常,应检査执行机构电气控制部分是否正常,执行机构是否卡滞,电动机、继电器、电磁阀、电动调节阀动作是否灵活。“硬操”正常,再切至“软操”,用输入信号操作来判断故障的部位。检査故障时除考虑器件本身的因素,还应检查故障是否由外部原因造成,负载过大,机械卡滞出现的过流对电气触点的影响或损坏。

2、PLC
输入、输出接口电路的故障检查及处理
PLC的I/O是CPU与外部控制对象沟通信息的通道,能否正常工作,除了和输入、输出设备有关,还与连接导线、接线端子、熔丝等元件的状态有关,也是PLC使用中最易出现故障的环节,I/0检查流程如图2所示。
PLC系统I/O检查流程示意图
图2  PLC系统I/O检查流程示意图

由于I/O故障极易发生,以PLC输入、输出端子排列示意图(图3)为例对故障检査方法作介绍。
PLC输入、输出端子排列示意图
图3  PLC输入、输出端子排列示意图

①输入回路的检查及处理 
判断某只按钮SB、限位开关、触点等输入回路的好坏时,可在PLC非运行状态下,送电后按下任一个输入触点,使对应的PLC输入点与公共端被短接,触点对应的输入指示灯会亮,说明该触点及线路正常。指示灯不亮,有可能是该触点损坏,连接导线接触不良,或者断路。

如果触点是好的,可用一根电线把要检查的PLC输入点与公共端短接,如果指示灯亮,说明线路有故障;指示灯不亮,说明此输入点已损坏。操作时要小心,不要碰到220V或110V输入端子上。

还可用万用表直流电压挡测量PLC输入端与端的电压来判断故障。PLC输入端与两端子未短接时,相当于无信号输入,大多数PLC两端子之间电压应为24V,有信号输入时,两端子之间电压应为0V。用万用表的直流电流挡,测量任一个输入端与端子的电流,两端子内部输入电路正常时,该通道的对应指示灯会亮,电流应在7-10mA左右,大于10mA或小于3mA,说明端子内部已损坏,该PLC需要更换或维修。

②PLC输出回路的检查及处理
PLC输出用得最多的是继电器触点输出型,只有在运行状态PLC的输出端子才有开关信号输出,相应输出端子的输出指示灯也同步点亮。脱开与外部负载电路的连接,相应端子指示灯点亮时,用万用表电阻档测量输出端子x端子之间电阻值接近0Ω,说明端子内部电路处于接通状态。在非输出状态下,输出端子与之间的电阻值应为无穷大。


如果PLC输出指示灯亮,所对应的电磁阀、接触器不会动作,先检查外部负载电路的供电电源是否正常;可用电笔测对应输出点的公共端子,电笔不亮,对应的熔丝熔断或电源有故障。电笔亮,说明电源正常。可能是电磁阀、接触器、线路有故障。排除电磁阀,接触器、线路故障后,仍不正常,就用一根电线,一端接对应的输出公共端,另一端接触所对应的PLC输出点,如果电磁阀等仍不动作,说明输出线路有故障。电磁阀能动作,问题在PLC输出点。用万用表电压挡测量PLC输出端子与公共端之间的电压应为0V。在非输出状态,即端子指示灯不亮时,输出端子与公共端之间的电压值,应为外部负载电路供电电压值,说明PLC输出点正常,故障点在外围。

在信号输出状态下,输出端子电阻应为无穷大,或电压值为外部负载供电电压值;在非输出状态下,输出端子出现一定电阻值或处于短路状态,输出端子间电压值低于供电电压值或为0V,说明端子内部电路已经损坏,需要进行更换。

有时PLC输出指示灯不亮,但对应的电磁阀、接触器能动作,有可能是此输出点的触点粘连断不开,把此输出点的接线拆下,用万用表测量输出点与公共端的电阻值,电阻值较小输出触点已坏,电阻无穷大触点是好的,可能是对应输出指示灯损坏。

3、
PLC系统故障检查及处理
①PLC硬件故障的检查及处理
PLC的硬件故障应具有持续性和再现性的特点。因此,通断几次电源或执行几次复位操作后,故障现象仍然相同,可用备件替换来判断是不是硬件的故障。故障不再出现说明不是硬件问题,可能是瞬时供电波动或电磁干扰所致。
 
PLC硬件故障大多是电子元件质量不稳定或现场环境恶劣引发的,如电子元器件损坏使PLC不能正常工作,外部电压过高使电子元件损坏等;PLC系统最容易出现故障的部件是电源部件和I/O模块,电源部件出现故障会使PLC停止工作,检查电源应从外部电源开始,然后检查主机电源、扩展单元电源、传感器电源、执行器电源。电源有故障的就是电源指示灯不亮,先检查电源是否已连接,用万用表测量电源端是否有电压,电压是否正常,观察电源端接线是否有松动,必要时应紧固螺钉,如果测量有电压但PLC的电源指示灯仍不亮,只有更换电源单元。

②PLC软件故障的检查及处理
PLC大多有自诊断功能,出现模块功能错误时往往会报警,有的还能按预定程序做出反应,可通过观察PLC显示内容:观察电源、RUN、输入输出模块指示灯等显示来判断。电源正常,各指示灯也指示正常,如果输入信号正常,但系统功能不正常,如无输出或程序动作出现混乱时,可按先易后难、先软后硬的原则,先检查应用程序是否出现问题,可采用程序逻辑推断进行检查,先阅读梯形图大概了解设备工艺或操作过程;然后根据输入输出对应表及输入输出逻辑功能表,再采用反向检查法,从故障点查到PLC的对应输出继电器,反查满足其动作的逻辑关系。经验表明,查到有问题处,基本就可以排除故障了,因为设备同时有两个或两个以上的故障点是不常见的。

应用程序储存在PLC的RAM中,其具有掉电易失的缺点,当后备电池耗净或后备供电系统发生故障时,应用程序就可能出现紊乱或丢失的情况,有时过强的电磁干扰也会引发应用程序出错,如雷电的影响。应用程序出故障,只有重新装载应用程序,因此,备份和保管好应用程序是PLC维修工作重要的一个环节。

 

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