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摘 要： 本文阐述了PLC控制系统的应用和故障诊断与维护方法，说明了PLC控制系统在各行各业的重要性，并对常用的故障诊断方法和维护进行了探讨。
关键词： PLC控制系统 应用 故障诊断 维护
一、概述
PLC（可编程控制器）技术已广泛应用于各控制领域，尤其是在工业生产过程控制中，它具有其它控制器无可比拟的优点：可靠性高、抗干扰能力强，在恶劣的生产环境里，仍然可以十分正常地工作。PLC的故障发生率非常低，但以PLC为核心的PLC控制系统，其外部元器件（如传感器和执行器）、外部输入信号和软件本身却都很可能发生故障，从而使整个系统发生故障，有时还会烧坏PLC，使整个系统瘫痪，造成极大的经济损失，甚至危及人的生命安全。
二、PLC控制系统的应用
多年来，PLC从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：
1.开关量逻辑控制
取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2.工业过程控制
在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
3.运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4.数据处理
PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
5.通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
三、PLC控制系统故障诊断
1.PLC控制系统故障诊断技术的基本原理
PLC控制系统故障诊断技术的基本原理是利用PLC的逻辑或运算功能，把连续获得的被控过程的各种状态不断地与所存储的理想（或正确）状态进行比较，发现它们之间的差异，并检查差异是否在所允许的范围内（包括时间范围和数值范围）。若差异超出了该范围，则按事先设定的方式对该差异进行译码，最后以简单的、或较完善的方式给出故障信息报警。
2.PLC控制系统的故障类型
PLC本身因为故障可能性极小，系统的故障主要来自外围的元部件，所以它的故障可分为如下几种：
（1）输入故障，即操作人员的操作失误。
（2）传感器故障。
（3）执行器故障。
（4）PLC软件故障。
这些故障都可以用合适的故障诊断方法进行分析和用软件进行实时监测，对故障进行预报和处理。
3.PLC控制系统的故障诊断方法
（1）宏观诊断
故障的宏观诊断就是根据经验，参照发生故障的环境和现象来确定故障的部位和原因。
（2）故障自诊断
故障自诊断是系统可维修性设计的重要方面，是提高系统可靠性必须考虑的重要问题。自诊断主要采用软件方法判断故障部分和原因。
（3）总体诊断
根据总体检查流程图找出故障点的大方向，逐渐细化，以找出具体故障。
（4）电源故障诊断
电源灯不亮，需对供电系统进行诊断。如果电源灯不亮，首先检查是否有电。如果有电，则下一步就检查电源电压是否合适，不合适就调整电压。若电源电压合适，则下一步就是检查熔丝是否烧坏。如果烧坏就更换熔丝检查电源；如果没有烧坏，下一步就是检查接线是否有误。若接线无误，则应更换电源部件。
（5）运行故障诊断
电源正常，运行指示灯不亮，说明系统已因某种异常而终止了正常运行。
（6）输入输出故障诊断
输入输出是PLC与外部设备进行信息交流的通道，其是否正常工作，除了和输入输出单元有关外，还与联接配线、接线端子、保险丝等元件状态有关。
出现输入故障时，首先检查LED电源指示器是否响应现场元件（如按钮、行程开关等）。如果输入器件被激励（即现场元件已动作），而指示器不亮，则下一步就应检查输入端子的端电压是否达到正确的电压值。若电压值正确，则可替换输入模块。若一个LED逻辑指示器变暗，而且根据编程器件监视器、处理器未识别输入，则输入模块可能存在故障。
出现输出故障时，我们首先应察看输出设备是否响应LED状态指示器。若输出触点通电，模块指示器变亮，输出设备不响应，那么首先应检查保险丝或替换模块。若保险丝完好，替换的模块未能解决问题，则应检查现场接线。
（7）指示诊断
LED状态指示器能提供许多关于现场设备、连接和I/O模块的信息。大部分输入/输出模块至少有一个指示器。输入模块常设电源指示器，输出模块则常设一个逻辑指示器。
对于输入模块，电源LED显示表明输入设备处于受激励状态，模块中有一信号存在。该指示器单独使用不能表明模块的故障。逻辑LED显示表明输入信号已被输入电路的逻辑部分识别。如果逻辑和电源指示器不能同时显示，则表明模块不能正确地将输入信号传递给处理器。输出模块的逻辑指示器显示时，表明模块的逻辑电路已识别出從处理器来的命令并接通。除了逻辑指示器外，一些输出模块还有一只保险丝熔断指示器或电源指示器，或二者兼有。保险丝熔断指示器只表明输出电路中的保护性保险丝的状态；输出电源指示器显示时，表明电源已加在负载上。输入模块的电源指示器和逻辑指示器一样，如果不能同时显示，表明输出模块就有故障了。
四、PLC控制系统的维护
1.日常维护
PLC的日常维护和保养比较简单，主要是更换保险丝和锂电池，基本没有其它易损元器件。由于存放用户程序的随机存储器（RAM）、计数器和具有保持功能的辅助继电器等均用锂电池保护，锂电池的寿命大约为5年，当锂电池的电压逐渐降低到一定程度时，PLC基本单元上电池电压跌落到指示灯亮，提示用户注意有锂电池所支持的程序还可保留一周左右，这段时间内必须更换电池，这是日常维护的主要内容。
2.I/O模块的更换
若需替换一个模块，用户应确认被安装的模块是同类型。有些I/O系统允许带电更换模块，而有些则需切断电源。若替换后可解决问题，但在一相对较短时间后又发生故障，那么用户应检查能产生电压的感性负载，也许需要从外部抑制其电流尖峰。如果保险丝在更换后易被烧断，则有可能是模块的输出电流超限，或输出设备被短路。
随着PLC应用领域的不断拓宽，如何高效可靠地使用PLC也成为其发展的重要因素。21世纪，PLC会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，通过完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越大的作用。
参考文献：
［1］廖常初.PLC基础及应用.机械工业出版社，2006-02.
［2］李长久.PLC原理及应用.机械工业出版社，2006-09.
［3］徐国林.PLC应用技术.机械工业出版社，2007-02.
关键词： PLC控制系统 应用 故障诊断 维护
一、概述
PLC（可编程控制器）技术已广泛应用于各控制领域，尤其是在工业生产过程控制中，它具有其它控制器无可比拟的优点：可靠性高、抗干扰能力强，在恶劣的生产环境里，仍然可以十分正常地工作。PLC的故障发生率非常低，但以PLC为核心的PLC控制系统，其外部元器件（如传感器和执行器）、外部输入信号和软件本身却都很可能发生故障，从而使整个系统发生故障，有时还会烧坏PLC，使整个系统瘫痪，造成极大的经济损失，甚至危及人的生命安全。
二、PLC控制系统的应用
多年来，PLC从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：
1.开关量逻辑控制
取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2.工业过程控制
在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
3.运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4.数据处理
PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
5.通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
三、PLC控制系统故障诊断
1.PLC控制系统故障诊断技术的基本原理
PLC控制系统故障诊断技术的基本原理是利用PLC的逻辑或运算功能，把连续获得的被控过程的各种状态不断地与所存储的理想（或正确）状态进行比较，发现它们之间的差异，并检查差异是否在所允许的范围内（包括时间范围和数值范围）。若差异超出了该范围，则按事先设定的方式对该差异进行译码，最后以简单的、或较完善的方式给出故障信息报警。
2.PLC控制系统的故障类型
PLC本身因为故障可能性极小，系统的故障主要来自外围的元部件，所以它的故障可分为如下几种：
（1）输入故障，即操作人员的操作失误。
（2）传感器故障。
（3）执行器故障。
（4）PLC软件故障。
这些故障都可以用合适的故障诊断方法进行分析和用软件进行实时监测，对故障进行预报和处理。
3.PLC控制系统的故障诊断方法
（1）宏观诊断
故障的宏观诊断就是根据经验，参照发生故障的环境和现象来确定故障的部位和原因。
（2）故障自诊断
故障自诊断是系统可维修性设计的重要方面，是提高系统可靠性必须考虑的重要问题。自诊断主要采用软件方法判断故障部分和原因。
（3）总体诊断
根据总体检查流程图找出故障点的大方向，逐渐细化，以找出具体故障。
（4）电源故障诊断
电源灯不亮，需对供电系统进行诊断。如果电源灯不亮，首先检查是否有电。如果有电，则下一步就检查电源电压是否合适，不合适就调整电压。若电源电压合适，则下一步就是检查熔丝是否烧坏。如果烧坏就更换熔丝检查电源；如果没有烧坏，下一步就是检查接线是否有误。若接线无误，则应更换电源部件。
（5）运行故障诊断
电源正常，运行指示灯不亮，说明系统已因某种异常而终止了正常运行。
（6）输入输出故障诊断
输入输出是PLC与外部设备进行信息交流的通道，其是否正常工作，除了和输入输出单元有关外，还与联接配线、接线端子、保险丝等元件状态有关。
出现输入故障时，首先检查LED电源指示器是否响应现场元件（如按钮、行程开关等）。如果输入器件被激励（即现场元件已动作），而指示器不亮，则下一步就应检查输入端子的端电压是否达到正确的电压值。若电压值正确，则可替换输入模块。若一个LED逻辑指示器变暗，而且根据编程器件监视器、处理器未识别输入，则输入模块可能存在故障。
出现输出故障时，我们首先应察看输出设备是否响应LED状态指示器。若输出触点通电，模块指示器变亮，输出设备不响应，那么首先应检查保险丝或替换模块。若保险丝完好，替换的模块未能解决问题，则应检查现场接线。
（7）指示诊断
LED状态指示器能提供许多关于现场设备、连接和I/O模块的信息。大部分输入/输出模块至少有一个指示器。输入模块常设电源指示器，输出模块则常设一个逻辑指示器。
对于输入模块，电源LED显示表明输入设备处于受激励状态，模块中有一信号存在。该指示器单独使用不能表明模块的故障。逻辑LED显示表明输入信号已被输入电路的逻辑部分识别。如果逻辑和电源指示器不能同时显示，则表明模块不能正确地将输入信号传递给处理器。输出模块的逻辑指示器显示时，表明模块的逻辑电路已识别出從处理器来的命令并接通。除了逻辑指示器外，一些输出模块还有一只保险丝熔断指示器或电源指示器，或二者兼有。保险丝熔断指示器只表明输出电路中的保护性保险丝的状态；输出电源指示器显示时，表明电源已加在负载上。输入模块的电源指示器和逻辑指示器一样，如果不能同时显示，表明输出模块就有故障了。
四、PLC控制系统的维护
1.日常维护
PLC的日常维护和保养比较简单，主要是更换保险丝和锂电池，基本没有其它易损元器件。由于存放用户程序的随机存储器（RAM）、计数器和具有保持功能的辅助继电器等均用锂电池保护，锂电池的寿命大约为5年，当锂电池的电压逐渐降低到一定程度时，PLC基本单元上电池电压跌落到指示灯亮，提示用户注意有锂电池所支持的程序还可保留一周左右，这段时间内必须更换电池，这是日常维护的主要内容。
2.I/O模块的更换
若需替换一个模块，用户应确认被安装的模块是同类型。有些I/O系统允许带电更换模块，而有些则需切断电源。若替换后可解决问题，但在一相对较短时间后又发生故障，那么用户应检查能产生电压的感性负载，也许需要从外部抑制其电流尖峰。如果保险丝在更换后易被烧断，则有可能是模块的输出电流超限，或输出设备被短路。
随着PLC应用领域的不断拓宽，如何高效可靠地使用PLC也成为其发展的重要因素。21世纪，PLC会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，通过完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越大的作用。
参考文献：
［1］廖常初.PLC基础及应用.机械工业出版社，2006-02.
［2］李长久.PLC原理及应用.机械工业出版社，2006-09.
［3］徐国林.PLC应用技术.机械工业出版社，2007-02.