一般PLC的故障主要是由外部故障或內(nèi)部錯誤造成。外部故障是由外部傳感器或執(zhí)行機構(gòu)故障等引發(fā)PLC產(chǎn)生故障，可能會使整個系統(tǒng)停機，甚至燒壞PLC。

　　而內(nèi)部錯誤是PLC內(nèi)部的功能性錯誤或編程錯誤造成的，可以使系統(tǒng)停機。S7-1500 PLC具有很強的錯誤（或稱故障）檢測和處理能力，CPU檢測到某種錯誤后，操作系統(tǒng)調(diào)用對應(yīng)的組織塊，用戶可以在組織塊中編程，對發(fā)生的錯誤采取相應(yīng)的措施。對于大多數(shù)錯誤，如果沒有給組織塊編程，出現(xiàn)錯誤時CPU將進入STOP模式。

　　1.1　引發(fā)PLC故障的外部因素

　　（1）外部電磁感應(yīng)干擾

　　PLC外部存在干擾源，通過輻射或者電源線侵入PLC內(nèi)部，引發(fā)PLC誤動作，或者造成PLC不能正常工作或者停機，嚴(yán)重時，甚至燒毀PLC。常見的措施如下。

　　①PLC周圍有接觸器等感性負載，可加沖擊電壓吸收裝置，如RC滅弧器。

　　②縮短輸入和輸出線的距離，并與動力線分開。

　　③模擬量、通信線等信號應(yīng)采用屏蔽線。線路較長時，可以采用中繼方式。

　　④PLC的接地端子不能和動力線混用接地。

　　⑤PLC的輸入端可以接入濾波器，避免從輸入端引入干擾。

　　（2）外部環(huán)境

　　①對于振動大的設(shè)備，安裝電柜需要加橡膠墊等防振墊。

　　②潮濕、腐蝕和多塵的場合容易造成生銹、接觸不良、絕緣性能降低和短路等故障。這種情況應(yīng)使用密封控制柜，有時還要采用戶外型電器等特殊電器。

　　③對于溫度高的場合，應(yīng)加裝排風(fēng)扇，過高的場合則要加裝空調(diào)。溫度過低場合則要加裝加熱器。

　　（3）電源異常

　　主要有缺相、電壓波動、停電等，這些故障多半由風(fēng)、雪和雷電造成。常見措施如下。

　　①直接啟動電機而造成回路電壓下降，PLC回路應(yīng)盡量與其分離。

　　②PLC的供電回路采用獨立的供電回路。

　　③選用UPS供電電源，提高供電可靠性和供電質(zhì)量。

　　（4）雷擊、感應(yīng)電

　　雷擊、感應(yīng)電形成的沖擊電壓有時也會造成PLC損毀。常見措施如下。

　　①在PLC的輸入端加壓敏電阻等吸收元件。

　　②加裝浪涌吸收器或者氧化鋅避雷器。

　　1.2　PLC的故障類型和故障信息

　　（1）PLC故障類型

　　PLC控制系統(tǒng)的硬件包括電源模塊、I/O模塊、現(xiàn)場輸入/輸出元器件，以及一些導(dǎo)線、接線端子和接線盒。

　　PLC控制系統(tǒng)的故障是PLC故障和外圍故障的總和。外圍故障也會造成PLC故障。PLC控制系統(tǒng)的故障也可分為軟件故障和硬件故障，其中硬件故障占80%。

　　PLC控制系統(tǒng)的故障分布如下：

　　CPU模塊故障占5%；

　　單元故障占15%；

　　系統(tǒng)布線故障占5%；

　　輸出設(shè)備故障占30%；

　　輸入設(shè)備故障占45%；

　　控制系統(tǒng)故障中，20%是由惡劣環(huán)境造成，80%是由用戶使用不當(dāng)造成的。

　　（2）PLC控制系統(tǒng)故障的分布與分層

　　PLC的外設(shè)故障占95%，外設(shè)故障主要是繼電器、接觸器、接近開關(guān)、閥門、安全保護、接線盒、接線端子、螺紋連接、傳感器、電源、電線和地線等。

　　PLC自身故障占5%，其中90%為I/O模塊的故障，僅有10%是CPU模塊的故障。首先將故障分為三個層次，第一層（是外部還是內(nèi)部故障），第二層（是I/O模塊還是控制器內(nèi)部），第三層（是軟件還是硬件故障）。

　　①第一層　利用PLC輸入、輸出LED燈判斷是否為第一層故障。

　　②第二層　利用上位監(jiān)控系統(tǒng)判斷第二層次的故障，例如：I0.0是輸入，顯示為ON，Q0.0顯示為ON，表示輸入和輸出都有信號，但PLC無輸出，則判斷PLC的外圍有故障。

　　③第三層　例如清空PLC中的程序，下載一個最簡單的程序到PLC中，如PLC正常運行，則大致判斷PLC正常。

　　（3）PLC控制系統(tǒng)最易發(fā)生故障的部分

　　①電源和通信系統(tǒng)　PLC的電源是連續(xù)工作的，電壓和電流的波動造成沖擊是不可避免的，據(jù)IBM統(tǒng)計大約有70%以上的故障，歸根結(jié)底源自工作電源。

　　外部的干擾是造成通信故障的主要原因，此外經(jīng)常插拔模塊，印刷電路板的老化和各種環(huán)境因素都會影響內(nèi)部總線通信。

　　②PLC的I/O端口　I/O模塊的損壞是PLC控制系統(tǒng)中較為常見的，減少I/O模塊的損壞首先要正確設(shè)計外部電路，不可隨意減少外部保護設(shè)備，其次對外部干擾因素進行有效隔離。

　　③現(xiàn)場設(shè)備　現(xiàn)場設(shè)備的故障比較復(fù)雜，不在本書講解范圍。

　　1.3　PLC故障診斷方法

　　（1）PLC故障的分析方法

　　通常全局性的故障一般會在上位機上顯示多處元件不正常，這通常是CPU、存儲器、通信模塊和公共電源等發(fā)生故障。PLC故障分析方法如下。

　　①根據(jù)上位機的故障信息查找，準(zhǔn)確而且及時。

　　②根據(jù)動作順序診斷故障，比較正常和不正常動作順序，分析和發(fā)現(xiàn)可疑點。

　　③根據(jù)PLC的輸入/輸出口狀態(tài)診斷故障。如果是PLC自身故障，則不必查看程序即可查詢到故障。

　　④通過程序查找故障。

　　（2）電源故障的分析方法

　　PLC的電源為DC24V，范圍是24V±5%，而電源是AC220V，范圍是220V±10%。

　　當(dāng)主機接上電源，指示燈不亮，可能的原因有：如拔出+24V端子，指示燈亮，表明DC負載過大，這種情況，不要使用內(nèi)部24V電源；如拔出+24V端子，指示燈不亮，則可能熔體已經(jīng)燒毀，或者內(nèi)部有斷開的地方。

　　當(dāng)主機接上電源，指示燈POWER閃亮，則說明+24V和COM短路了。

　　BATF燈亮表明鋰電池壽命結(jié)束，要盡快更換電池。

　　（3）PLC電源的抗干擾

　　PLC電源的抗干擾處理的方法如下。

　　①把控制器、I/O電源和其他設(shè)備電源分別用不同的隔離變壓器供電會更好。

　　圖1　PLC電源的抗干擾

　　②控制器的CPU用一個開關(guān)電源，外部負載用一個開關(guān)電源。

　　PLC電源的抗干擾處理的典型例子如圖1所示。

　　1.4　PLC外部故障診斷方法

　　（1）輸入給PLC信號出錯的原因

　　①信號線的短路或者斷路，主要原因是老化、拉扯、壓砸線路和振動。

　　②機械觸頭抖動。機械抖動壓下一次，PLC可能認為抖動了幾次，硬件雖然加了濾波或者軟件增加了微分，但由于PLC掃描周期短，仍然會影響計數(shù)、移位等。

　　③現(xiàn)場傳感器、繼電器等損壞。

　　（2）執(zhí)行機構(gòu)出錯的可能原因

　　①輸出負載沒有可靠工作，如PLC已經(jīng)發(fā)出信號，但繼電器沒有工作。

　　②PLC自身故障，因此負載不動作。

　　③電動閥該動作沒動作，或者沒到位。

　　（3）PLC控制系統(tǒng)布線抗干擾措施

　　1）電源的接線和接地

　　①電源隔離器兩端盡量采用雙絞線，或者屏蔽電纜；電源線和I/O線要盡量分開布置。

　　②交流和直流線要分別使用不同的電纜，分開捆扎，最好分槽走線。

　　③共同接地是傳播干擾的常見措施。應(yīng)將動力線的接地和控制接地分開，動力線的接地應(yīng)接在地線上，PLC的接地接在機柜殼體上。要保證PLC控制系統(tǒng)的接地線和動力線的屏蔽線盡量等電位。

　　2）輸入和輸出布線。PLC的輸入線指外部傳感器、按鈕等與PLC的輸入接口的接線。開關(guān)量信號一般采用普通電纜，如距離較遠則要采用屏蔽電纜。高速信號和模擬量信號應(yīng)采用屏蔽電纜。不同的信號線，最好不要共用同一接插件，以減少相互干擾。

　　3）盡量減少配線回路的距離。輸入和輸出信號電纜穿入專用的電纜管，或者獨立的線槽中敷設(shè)。當(dāng)信號距離較遠時，如300m，可以采用中間繼電器轉(zhuǎn)接信號。通常布線要注意以下幾點。

　　①輸入線的長度一般不長于30m。良好的工作環(huán)境，距離可以適當(dāng)加長。

　　②輸入線和輸出線不能使用同一電纜，應(yīng)分開走線，開關(guān)量和模擬量要分開敷設(shè)。

　　③輸入和輸出回路配線時，如使用多股線，則必須壓接線端子，多股線與PLC端子直接壓接時，容易產(chǎn)生火花。

　　（4）外部故障的排除方法詳細說明和處理

　　PLC有很強的自診斷能力，當(dāng)PLC自身故障或外圍設(shè)備發(fā)生故障，都可用PLC上具有診斷指示功能的發(fā)光二極管的亮滅來診斷。

　　①故障查找　根據(jù)總體檢查流程圖找出故障點的大方向，逐漸細化，以找出具體故障，如圖2所示。

　　圖2　總體檢查流程

　　②故障的處理　不同故障產(chǎn)生的原因不同，它們也有不同的處理方法，CPU裝置、I/O擴展裝置故障處理見表12-1。

　　表1　CPU裝置、I/O擴展裝置故障處理

　　輸入單元故障處理見表2。

　　表2　輸入單元故障處理

　　輸出單元故障處理見表3。

　　表3　輸出單元故障處理

　　1.5　S7-1500 PLC診斷簡介

　　S7-1500 PLC的故障診斷功能相較于S7-300/400 PLC而言，更加強大，其系統(tǒng)診斷功能集成在操作系統(tǒng)中，使用者甚至不需要編寫程序就可很方便地診斷出系統(tǒng)故障。

　　（1）S7-1500 PLC的系統(tǒng)故障診斷原理

　　圖3　系統(tǒng)故障診斷原理

　　S7-1500 PLC的系統(tǒng)故障診斷原理如圖3所示，一共分為五個步驟，具體如下。

　　①當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，識別及診斷事件發(fā)送到CPU。

　　②CPU的操作系統(tǒng)分析錯誤信息，并調(diào)用診斷功能。

　　③操作系統(tǒng)的診斷功能自動生成報警，并將報警發(fā)送至HMI（人機界面）、PC（如安裝WinCC）和WebServer等。

　　④在HMI中，自動匹配報警文本到診斷事件。

　　⑤報警信息顯示在報警控件中，便于使用者診斷故障。

　　（2）S7-1500 PLC系統(tǒng)診斷的優(yōu)勢

　　①系統(tǒng)診斷是PLC操作系統(tǒng)的一部分，無需額外編輯。

　　②無需外部資源。

　　③操作系統(tǒng)已經(jīng)預(yù)定義報警文本，減少了設(shè)計者編輯工作量。

　　④無需大量測試。

　　⑤錯誤最小化，降低了開發(fā)成本。

　　（3）S7-1500 PLC故障診斷的方法

　　S7-1500 PLC故障診斷的方法很多，歸納有如下幾種。

　　①通過模塊或通道的LED燈診斷故障。

　　②通過TIA博途軟件PG/PC診斷故障。

　　③通過PLC系統(tǒng)的診斷功能診斷故障。

　　④通過PLC的Web服務(wù)器診斷故障。

　　⑤通過PLC的顯示屏診斷故障。

　　⑥通過用戶程序診斷故障。

　　⑦通過自帶診斷功能的模塊診斷故障。

　　⑧通過HMI或者上位機軟件診斷故障。

　　實際工程應(yīng)用中是以上一種或者幾種方法組合應(yīng)用。

　　編輯：黃飛