第28卷第2期2006年6月      　湘潭师范学院学报(自然科学版)Journal of X iangtan Normal University (Natural Science Edition )      Vol.28No.2J une.2006
P LC 输入输出故障的分析判断
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俞丽婷
(湖南交通工程职业技术学院，湖南衡阳421002)摘　要：对可编程序控制器的输入/输出电路常见故障现象，提出了采用分层判断故障所在区域的方法，其结果能快速准确到故障以便及时处理。
关键词：可编程控制器；输入；输出；故障分析
中图分类号:TP23  　文献标识码:A    文章编号:1671-0231(2006)02-0050-03
可编程控制器(P LC )是采用微机技术的通用工业自动化装置，近几年来，在国内已得到迅速推广普及。可编程控制器的应用正改变着工厂自动化控制的面貌，对传统设备技术改造、发展新型工业都具有重要的实际意义。
可编程控制器控制系统由于运行可靠、故障率低、运行维护费用低、控制程序易于修改、能耗低、运行无噪声等优点，越来越受到广大用户的青睐，并且在各中大型控制系统中已经取代了传统的继电器控制系统，并呈现出极大的优越性。
可编程控制器具有很高的可靠性，故障率较低。发生故障的部位大多集中在输入输出电路中。据统计，在P LC 控制系统的运行故障中,95%为输入/输出电路故障，即可编程序控制器的I/O 模块、外部的控制开关、传感器、执行器(接触器、电磁阀等)等部件故障和布线故障。由于可编程控制器应用越来越广泛，掌握可编程控制器的故障诊断技术和处理方法，对于快速、准确地分析和判断出可编程控制器输入/输出电路故障，减少维修时间，充分发挥可编程控制器的作用，提高生产效率，是十分重要和迫切的。1　P LC 输入输出电路结构和工作原理
分析P LC 控制系统故障的过程，实际上是一个电路结构与电路原理分析过程。P LC 是一种由CPU 、存贮器、输入模块、输出模块、电源和框架等单元组成的自动控制装置，在硬件或工作原理上都与常规的电气控制系统有着本质的不同。掌握P LC 系统的结构和工作原理，对于诊断P LC 输入输出故障是十分重要的。
一个最小P LC 控制系统原理结构如图1所示，它由一个P LC 基本单元和外部设备组成。外部设备包括按钮、行程开关、限位开关等输入设备和接触器、指示灯、电磁阀等输出设备。输入设备分别连接到P LC 的输入端子X0、X1、…上。输出设备则与输出端子Y 0、Y 1、…相连。
图1中的P LC 基本单元主要由输入模块、输出模块、电源和控制器等部分组成。P LC 运行时，采用循环扫描的工作方式。每一周期中，首先扫描所有输入端子，将各输入状态存入内存中的输入映像寄存器中。然后执行用户程序，对输入数据进行运算处理，形成处理结果，并存入输出元件映像寄存器中。最后进行输出刷新，将输出元件映像寄存器中所有输出元件的状态送到输出锁存器中，控制对应的输出元件通断动作。
05①收稿日期:2006-03-13
作者简介：俞丽婷(1964-)，女，湖南衡阳人，讲师，研究方向：电子技术应用及P LC 课程教学。
1.1　输入电路工作原理
以图1中X0端子所接输入回路为例来说明输入电路工作原理。当触点K B闭合时，电流流过光电耦合器N1初级的发光二极管，使光电耦合器次级有信号输出，经内部电路处理后,P LC在对输入信号进行集中采样时就可接收到X0端子上的这一输入信号，触点K B闭合时，也使安装在P LC面板上的LE D指示灯V1发光，作为X0端子输入电路接通的指示。
1.2　输出电路工作原理
P LC的输出电路有晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出3种形式。图1中为继电器输出型。下面以Y0端子输出为例讨论P LC输出电路工作原理。P LC完成输入扫描、对输入信号进行运算处理后，将处理结果向输出模块输出，使输出部件动作。设图1中输出端子Y0有输出，光电偶合器N2输出信号，继电器K A1线包通电闭合，其触点通过输出接线端子Y0接通与之相连的输出设备(如图中的接触器线包1K M)；同时，安装于P LC面板上的对应的输出LE D指示灯V4亮。
2　故障分析方法
2.1　P LC故障分析的总体思路
模块电源故障P LC系统发生故障后，要尽快确定故障性质，迅速对故障定位，才能提高维修效率。因此，首先要采用正确的检测手段进行检查，根据P LC的工作原理进行分析判断，不断缩小故障范围，出故障点。从故障分析的角度出发，可将P LC控制系统分成外部设备层、输入输出(I/O)接口层和内部控制层3个区域。外部设备部分电路与常规的继电接触控制电路相同，大多数设备安装在生产现场，一般没有什么特别的保护措施，触点容易损耗，因此故障率比较高。对于输入输出接口电路层，它们是P LC的一部分，由于生产厂家采取了许多技术措施来提高P LC的平均故障间隔时间MT BF，因此一般P LC的整机可靠性比较高。但是P LC是通过输入输出模块与外部设备联系的，外部工作环境条件恶化、外部接线错误、操作使用不当等都有可能对输入输出模块造成损伤，所以，输入输出接口层发生故障也是不可避免的。输入输出故障主要发生在外部设备层和输入输出接口层两个区域，影响到内部控制层的情况极少见。这样，将P LC控制系统划分成上述3个区域，查故障时首先进行分层判断故障所在区域，从而缩小故障搜索范围。出故障所在区域后，再对有关部件和电路进行检查，出故障点。采用这样的分层判断故障的方法，可以减少查故障的时间，提高排除故障的效率。
2.2　输入输出故障分析方法
利用P LC的输入、输出LE D指示灯判断故障部位是一中快速有效的方法。输入回路或输出回路接通时,P LC面板上对应的输入LE D指示灯或输出LE D指示灯就会同步燃亮，根据LE D指示灯的亮、灭状态,
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可以方便地判断故障是发生在外部设备层还是发生在输入输出接口层。
以图1所示控制系统为例，讨论P LC输入输出故障的分析方法。图1中,K B是水箱水位传感器触点，水箱水位低于下限时，常开触点K B闭合，水泵电动机应立即启动运行，往水箱抽水。但是现在系统发生故障，水泵电动机应该运转而未运转。下面，根据前面讨论的方法来判断故障的位置。
首先观察对应X0端子输入的LE D指示灯V1是否亮，如V1不亮，说明输入信号还未在输入接口电路层形成,P LC就不可能有控制输出使水泵电动机运转。但是故障可能发生在外部电路层，也可能发生在输入接口层。这时，可采用模拟输入端动作的方法做进一步检查，用导线短接X0和C OM两个端子，如LE D 指示灯V1马上亮，说明P LC内部正常，故障在外部的输入设备或外部电路中。故障可能的原因有:
(1)输入模块端子上外部接线接触不良或脱落;
(2)输入模块C OM端子上外部接线接触不良或脱落;
(3)信号设备与P LC间的连线松动;
(4)信号设备如按钮、行程开关触点因为积尘、锈蚀等原因接触不良或损坏;
(5)接触器、继电器等辅助触点输入时触点粘连或这些器件本身损坏。
对于上述故障，可采用传统的继电接触控制电路的检修方法进行检修。
如输入端短接时LE D指示灯V1不亮，则故障可能发生在输入模块中，可检查相关的输入回路上的元件R1、R2、V1、V2、N1是否有损坏的。另外，内部电源不正常也可能导致V1不亮。这只要测量C OM和24V两点间电压即可判断，但是要注意的是，电压不正常不一定是电源本身有问题。有时可能由于别的输入电路造成短路使电源自我保护截止输出。此情况应断开有关输入端子进行测量才能确定。
如输入正常动作时，则观察输出LE D指示灯V4。如果V4不亮，说明故障点可能在输出接口层，检查对应的输出回路的元件是否损坏。如果所有输出指示灯全部不亮，则可能的原因有：内部电源故障；输出模块损坏。如经过检查不是上述原因，则故障发生在内部控制层而造成P LC无输出信号。如因为外部干扰、电源异常等原因造成P LC不能正常运行程序,P LC采取了保护动作封锁了输出等软件故障，这只要观察P LC的故障指示灯的状态就可判断。否则，就是P LC内部控制器部分硬件发生了故障。如果V4亮，说明控制信号已经输出到模块，这时还需检查P LC内部的输出继电器是否发生故障，可用万用表测量输出继电器K A1的触点是否闭合良好。如继电器也工作正常，则可以确定故障发生在外部设备层。外部设备电路部分可能的故障原因有:
(1)输出模块连接端子接触不良、连线脱落、断线等;
(2)输出的C OM端子接触不良、连线脱落、断线等;
(3)输出熔断器熔断;
(4)输出电源故障;
(5)执行元件如接触器、继电器等器件损坏以及其他可能的原因。
对于上述故障，只需采用传统的继电接触控制电路的检修方法进行检修就行了。
P LC在电气控制系统中运用越来越广，由于采用类似继电器触点控制回路的“梯形图”编程语言，易被一般电工所掌握，使用也很方便。但从故障检查及检修角度看,P LC没有直观的继电动作部件及检测点，给查故障带来了困难。上面介绍的是我们积累的一些经验，在处理P LC故障时主要是针对输入/输出发生故障概率高的问题，采用分层判断故障所在区域的方法，从而快速准确地到故障点并进行维护和处理。维修实践表明所介绍的方法是行之有效的，可供进行P LC故障维修时参考。
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