28、可编程逻辑控制器（PLC）故障排除：问题解决指南

可编程逻辑控制器（PLC）故障排除：问题解决指南

在工业自动化领域，可编程逻辑控制器（PLC）是至关重要的设备。然而，如同任何复杂的技术系统一样，PLC 也会遇到各种问题。本文将深入探讨 PLC 常见的软件和硬件问题，以及相应的故障排除技巧。

软件相关问题：软件损坏

除了软件更新可能带来的问题外，软件损坏也是一个常见的软件相关问题。源代码通常是固定不变的，程序一般存储在可编程设备的文件中，或者被写入芯片。无论是存储在文件中的软件，还是写入芯片的软件，都有可能损坏。

软件损坏通常是由一些灾难性事件引起的，比如突然停电、硬重启，或者经验不足的程序员误操作内核文件等系统。损坏的软件通常无法加载，因为软件的编译和运行需要遵循严格的规则，一旦软件损坏，这些规则就会被破坏，导致程序无法加载。

需要注意的是，软件错误通常只影响 CPU 模块，而其他问题可能会影响整个 PLC 系统。

硬件相关问题

由于大多数基于 PLC 的设备使用频繁，硬件磨损是常见的问题。以下是一些常见的硬件问题及其症状。

电源供应问题

所有 PLC 和硬件设备都需要稳定的电压。在美国，大多数基于 PLC 的设备从墙上插座或高压电源获取电力，通常需要约 480 伏的交流电源。而在其他国家，情况可能因当地基础设施而异，例如在欧洲，直流电源更为常见。如果使用交流电源，就需要 AC - DC 转换器将电压降低并转换为直流电，以满足 PLC 等数字设备的需求。

当电源供应开始出现问题时，输出电压会变得不稳定，可能升高或降低，这会导致 PLC 系统出现错误行为。电源供应故障或开始出现故障时，可能会出现以下症状：
- 间歇性重启
- 随机关机和重启
- 机柜内过热，尤其是电源附近
- 冒烟
- PLC 或支持模块发出过压或欠压消息
- 系统完全死机
- 保险丝熔断或断路器跳闸
- 随机丢失数据，如最近输入的作业参数

当出现这些症状时，必须谨慎对待机器，因为不仅存在火灾或触电等重大安全问题，PLC 和其他硬件也可能受到损害。频繁对设备进行硬重启可能会对设备内的电子元件造成永久性损坏，还可能导致软件损坏，特别是对于使用 Windows 或 Linux 等操作系统的高端 PLC。

如果遇到电源问题，电源供应可能不是唯一的原因。设备通常从墙上插座获取电力，也有可能是墙上插座或主电源线出现问题，但除了简单的保险丝熔断或断路器跳闸外，这种情况比电源供应损坏少见。如果机器没有电力输入，电源供应显然无法启动，进而导致整个机器断电。在这种情况下，可以通过检查不依赖电源供应的其他机器组件，如液压系统、电机等是否也断电，来判断是否是墙上插座的问题。

注意 ：任何类型的墙电压都可能致命。如果怀疑是墙上插座的问题，请让合格的电工进行故障排除！

温度问题

温度对 PLC 的性能有很大影响，PLC 因过热而出现故障的情况比因过冷更为常见。当 PLC 的 CPU 模块开始过热时，PLC 会出现异常行为。运行 Windows 或 Linux 系统的 PLC 通常会先冻结，然后关闭。判断过热问题的一个关键迹象是系统会在一段时间内（通常为 10 到 30 分钟）冻结或无法启动，然后再次启动，一段时间后又重复相同的行为。

这种冻结和重启的原因是电子元件有温度限制，根据系统的不同，PLC 可能是因为编程设定而关闭，或者是部件达到了运行极限。当 PLC 冷却后，它会再次正常运行，直到再次过热。

电池问题

简单的电池问题也是导致 PLC 出现故障的常见原因之一。许多 CPU 模块，如 Beckhoff 制造的模块，通常使用小型 CMOS 电池来记录时间和日期等信息。这些电池通常可以使用数年，但电池出现问题时的表现可能因设备和制造商而异。

电池出现问题的常见表现包括日期/时间错误、错误消息、蜂鸣声、PLC 关机以及警告灯亮起或闪烁。如果出现异常灯光闪烁、听到蜂鸣声、经历关机或日期和时间错误，可能是电池出现了问题。通常使用的是 CR2032 CMOS 电池，因其大小和形状，常被称为手表电池。

需要特别注意的是，如果电池安装反了，或者绝缘胶带没有撕掉，PLC 可能无法启动，甚至可能导致设备损坏。因此，在进行电池维护时要格外小心。

网络问题

随着无线设备的广泛应用，网络问题在现代 PLC 系统中越来越常见。网络问题的根源通常是硬件地址设置错误。

数字设备通过唯一的地址相互发送数据，就像人们通过家庭地址邮寄信件一样。常见的地址类型是经典的 IP 地址，如 IPv4 地址 192.168.10.99。为了使 IP 地址能够在网络中正确发送数据，通常前三个数字要相同，而第四个数字必须唯一。

如果两个设备的地址相同，就会出现问题，就像两栋房子有相同的地址，邮递员不知道该把信件放入哪个邮箱一样。在数字系统中，当发送数据包时，系统可能会混淆，不知道哪个设备应该接收数据。

如果设备之间不再通信或出现意外的数据通信问题，特别是在硬重启之后，可能是系统的地址配置出现了问题。在自动化领域，设置设备地址的方法有很多种，有些地址是编程到设备中的，有些是通过开关手动设置的，更复杂的设备则使用传统的 IP 地址。无论使用哪种机制，手动设置地址时很容易出错。因此，如果设备之间的通信出现问题，第一步应该检查设备之间的通信情况。

网络布线问题

除了地址问题，网络布线也是常见的网络故障原因。即使在当今无线设备占主导地位的时代，各种网络电缆在自动化领域仍然广泛使用。由于大多数基于 PLC 的机器需要移动和进行大量维护，电缆很容易损坏。

电缆损坏的常见原因包括挤压和不当插拔。挤压电缆可能会切断其内部连接，导致电线断裂；不当插拔电缆可能会弯曲引脚、损坏内部电线，以及破坏固定电缆的塑料部件。当出现这些问题时，通信可能会变得不稳定，出现间歇性中断或完全通信失败。

通常通过网络电缆进行通信的设备包括：
- HMI 屏幕
- 电机驱动器
- 机器人
- 某些传感器
- 通用网络设备

此外，许多网络还有路由器和交换机等物理硬件组件，这些组件也可能出现故障。如果遇到网络问题，并且电缆和地址设置都正常，那么很可能是交换机、路由器或其他路由组件出现了问题。

故障排除工具

在进行 PLC 故障排除之前，需要准备好必要的工具。以下是每个负责排除基于 PLC 机器故障的人都应该拥有的常见工具列表：
- 螺丝刀 ：至少要有一套不同尺寸的平头和十字螺丝刀，每种尺寸最好有两把。一般来说，购买两包各种类型的螺丝刀套装是个不错的选择。
- 钳子 ：技术人员或工程师至少应该有一把尖嘴钳、一把管钳、一把钢丝钳和其他各种钳子。通常每种一把就可以，但理想情况下每种应该有几把。
- 剥线钳 ：技术人员或工程师经常需要重新布线，因此需要一把好的剥线钳来剥去电线的外皮。
- 压线钳 ：用于将无焊连接器连接到电线末端的类似钳子的工具。
- 热成像仪 ：这是一个经常被忽视的工具，但对于排查温度问题至关重要。
- 万用表 ：每个技术人员/工程师应该随时携带至少一个高质量的万用表，如 Fluke 万用表。通常还应包括一对鳄鱼夹、探头和保险丝，同时准备几个新的 9V 电池也是明智的。
- 笔记本电脑 ：工具包中应始终包含一台装有必要编程软件和源代码的笔记本电脑。
- 网络电缆 ：应包括用于与 PLC 进行交互的编程电缆，以及系统中使用的多种网络电缆。
- 手电筒 ：每个工具包都应包括一个可以粘在机柜壁上的磁性手电筒，同时准备好手电筒的电池。技术人员/工程师至少应该有一个手电筒，最好有两个。
- 刷子 ：准备不同尺寸的油漆刷很有必要，当需要清理通风口或其他小缝隙时会很有用。

故障排除技巧

电源供应问题诊断

电源供应问题通常是比较容易排查的问题。当电源供应故障时，系统通常无法启动，但机器死机并不一定意味着电源供应有问题，也可能是断路器、保险丝、开关或墙上电源插座出现问题。

排查电源供应问题的步骤如下：
1. 检查墙上断路器 ：很多时候，有人可能会误操作断路器而忘记将其重新打开。在使用工具之前，先检查所有断路器和墙上开关是否都已打开。
2. 检查机柜内的保险丝或断路器 ：机器通常会有主保险丝或断路器，断路器很容易检查，检查保险丝时可以使用万用表的二极管档位。如果万用表发出蜂鸣声，通常表示保险丝正常。
3. 检查电源供应输出电压 ：使用万用表检查电源供应的 DC 输出电压。通常电源供应输出为 24V，但不同的电源供应可能会有所不同，因此要确保检查电源供应的输出电压应该是多少。如果电源供应输出电压正常，再检查离开电源供应的电线末端的电压。如果电源供应输出正常，但电线末端没有电压，通常表示连接不良，很可能是电线末端的连接器有问题。如果电线末端有稳定的电压，问题很可能出在电子元件上。

温度问题诊断

如果 PLC 死机但有电力输入，接下来应该检查温度。有些 PLC 可能有内置的温度警告功能，但并非所有 PLC 都具备这一功能。如果 PLC 经常重启或偶尔关机，可能是温度问题。

为了确认是否是温度问题，可以打开设备并让其运行一段时间，同时使用热成像仪检查 PLC 或其他组件是否过热。

可编程逻辑控制器（PLC）故障排除：问题解决指南

温度问题进一步分析

在确认温度是否为 PLC 故障原因时，我们可以借助热成像仪获取更准确的数据。热成像仪能够直观地显示出 PLC 及其周边组件的温度分布情况。以下是使用热成像仪检测温度问题的具体操作步骤：
1. 准备工作 ：确保热成像仪已充满电或安装好新电池，并且处于正常工作状态。同时，让 PLC 系统正常运行一段时间，使其达到稳定的工作状态。
2. 检测操作 ：将热成像仪对准 PLC 及其主要组件，如 CPU 模块、电源模块等。保持适当的距离，一般建议在 0.5 - 1.5 米之间，以获得清晰的热成像图像。
3. 数据读取与分析 ：观察热成像仪屏幕上的温度分布图像，重点关注温度异常高的区域。通常，PLC 组件的正常工作温度范围在 0 - 60℃之间，如果某些区域的温度超过这个范围，就可能存在过热问题。

为了更清晰地展示温度检测的流程，我们可以使用 mermaid 格式的流程图：

graph LR
    A[准备热成像仪] --> B[让 PLC 运行一段时间]
    B --> C[用热成像仪对准 PLC 及组件]
    C --> D[保持适当距离检测]
    D --> E[观察温度分布图像]
    E --> F{温度是否异常}
    F -- 是 --> G[存在过热问题]
    F -- 否 --> H[温度正常]

电池问题的深入排查

当怀疑 PLC 出现电池问题时，我们需要进行更细致的排查。以下是排查电池问题的详细步骤：
1. 观察症状 ：仔细观察 PLC 是否出现日期/时间错误、错误消息、蜂鸣声、关机以及警告灯亮起或闪烁等常见的电池问题症状。
2. 检查电池外观 ：打开 PLC 机柜，找到电池所在位置。检查电池是否有漏液、鼓包等明显的损坏迹象。如果电池外观正常，继续下一步。
3. 测量电池电压 ：使用万用表的电压档位测量电池的电压。对于 CR2032 CMOS 电池，正常电压应该在 2.5 - 3.3V 之间。如果测量结果低于这个范围，说明电池可能电量不足或已经损坏。
4. 更换电池 ：如果电池电压异常或外观有损坏，需要及时更换电池。在更换电池时，务必注意电池的正负极方向，避免安装错误。同时，要确保撕掉电池上的绝缘胶带。

为了方便大家理解，我们可以用表格形式总结电池问题排查步骤：
|步骤|操作内容|
| ---- | ---- |
|1|观察 PLC 是否有电池问题症状|
|2|检查电池外观是否有损坏|
|3|用万用表测量电池电压|
|4|根据测量结果决定是否更换电池|

网络问题的综合解决

当遇到网络问题时，我们需要从多个方面进行排查和解决。以下是具体的操作步骤：
1. 检查设备地址 ：首先，确认设备的地址设置是否正确。可以通过查看设备的配置文件或使用网络管理软件来检查 IP 地址等信息。如果发现地址设置错误，及时进行更正。
2. 检查网络电缆 ：仔细检查网络电缆是否有损坏、松动或接触不良的情况。可以尝试重新插拔电缆，确保连接牢固。如果电缆有明显的损坏，需要及时更换。
3. 测试网络连通性 ：使用网络测试工具，如 ping 命令，测试设备之间的网络连通性。在命令提示符中输入“ping [目标设备 IP 地址]”，如果能够收到回复，说明网络连接正常；如果无法收到回复，则可能存在网络故障。
4. 检查路由器和交换机 ：如果电缆和地址设置都正常，但仍然存在网络问题，需要检查路由器和交换机等网络设备。可以查看设备的状态指示灯，检查是否有异常。同时，可以尝试重启路由器和交换机，以恢复网络连接。

为了更直观地展示网络问题排查流程，我们可以使用 mermaid 格式的流程图：

graph LR
    A[检查设备地址] --> B{地址是否正确}
    B -- 否 --> C[更正地址设置]
    B -- 是 --> D[检查网络电缆]
    D --> E{电缆是否正常}
    E -- 否 --> F[更换电缆]
    E -- 是 --> G[测试网络连通性]
    G --> H{连通性是否正常}
    H -- 否 --> I[检查路由器和交换机]
    H -- 是 --> J[网络正常]

总结与建议

通过以上对 PLC 常见软件和硬件问题的分析以及相应的故障排除技巧，我们可以更有效地解决 PLC 运行过程中出现的各种问题。在日常维护中，建议定期对 PLC 进行检查和保养，包括清洁通风口、检查电池状态、测试网络连接等，以预防故障的发生。同时，要确保操作人员具备必要的知识和技能，能够正确使用和维护 PLC 系统。当遇到复杂的故障时，不要盲目操作，应及时联系专业的技术人员进行处理，以避免造成更大的损失。

希望本文能够为大家在 PLC 故障排除方面提供一些有用的参考和帮助。如果大家在实际操作过程中遇到任何问题，欢迎随时交流和探讨。