PLC（可編程邏輯控制器）作為工業自動化控制的核心設備，其穩定運行直接關系到生產線的效率與安全。然而，在實際應用中，PLC系統難免會出現各種故障。本文將系統分析PLC常見故障類型、影響因素，并提供五大排除流程圖，幫助工程師快速定位和解決問題。

一、PLC常見故障類型及成因分析

1. 電源故障

● 現象：PLC無法啟動、指示燈不亮、模塊異常斷電。

● 原因：

? 輸入電壓不穩定（如浪涌、欠壓）

? 電源模塊老化或損壞

? 接線端子松動或短路

● 典型案例：某汽車生產線因電網電壓驟降導致PLC主電源模塊燒毀，引發全線停機。

2. I/O模塊故障

● 現象：信號輸入/輸出異常、傳感器無反饋、執行機構不動作。

● 原因：

? 外部設備短路或過載（如電磁閥線圈擊穿）

? 端子接觸不良或線路斷路

? 模塊內部電路損壞（如光電耦合器失效）

● 數據統計：工業現場約35%的PLC故障源于I/O模塊問題。

3. 通信故障

● 現象：網絡連接中斷、從站設備無響應、數據丟包。

● 原因：

? 通信電纜破損或接口氧化（如RS485端子腐蝕）

? 波特率設置錯誤

? 電磁干擾（如變頻器未加屏蔽）

● 行業案例：某化工廠因Profibus電纜靠近高壓線導致PLC與變頻器通信頻繁中斷。

4. 程序邏輯錯誤

● 現象：設備動作異常、死循環、意外停機。

● 原因：

? 編程時未考慮邊界條件（如計數器溢出）

? 在線修改程序導致邏輯沖突

? 內存溢出或掃描周期過長

5. 環境因素故障

● 現象：PLC頻繁重啟、元件性能下降。

● 原因：

? 溫度超標（如控制柜散熱不良）

? 粉塵/油污堆積引發短路

? 振動導致接線松動

二、PLC故障排除五大流程圖

流程圖1：電源故障排查

開始 → 檢查電源指示燈狀態 → 無亮燈 → 測量輸入電壓 → 異常 → 檢查配電線路/更換電源模塊

↓正常

↓檢查保險絲/接線端子 → 松動/燒毀 → 緊固或更換

↓正常

→ 更換電源模塊測試

關鍵點：使用萬用表測量電壓時需注意AC/DC類型，典型值：AC 220V±10%，DC 24V±5%。

流程圖2：I/O信號異常排查

開始 → 確認PLC運行模式（RUN/STOP） → STOP狀態 → 檢查程序/模式開關

↓RUN狀態

→ 監控軟件查看I/O狀態 → 無信號 → 檢查傳感器供電/接線

↓有信號但無輸出

→ 測試模塊通道（短接輸入法）

↓正常 → 檢查外部執行機構

↓異常 → 更換I/O模塊

技巧：對于模擬量信號，需使用信號發生器模擬4-20mA輸入驗證模塊精度。

流程圖3：通信故障排查

開始 → 檢查物理連接（電纜/接頭） → 破損 → 更換通信線

↓正常

→ 確認站地址與波特率 → 錯誤 → 重新配置參數

↓正確

→ 終端電阻檢測（Profibus需120Ω）

↓異常 → 調整電阻

↓正常

→ 分段隔離法定位干擾源

經驗：當通信距離超過50米時，建議使用光纖轉換器避免信號衰減。

流程圖4：程序錯誤排查

開始 → 在線監控程序運行 → 觸發條件異常 → 修改邏輯（如增加互鎖）

↓條件正常但無輸出

→ 檢查輸出線圈狀態 → 被其他程序段復位 → 優化程序結構

↓未激活

→ 強制輸出測試硬件

注意事項：修改程序前必須備份原始文件，避免在線下載導致生產事故。

流程圖5：環境適應性排查

開始 → 測量控制柜溫度 → 超過55℃ → 增加散熱風扇/空調

↓正常

→ 檢查粉塵堆積 → 嚴重 → 清潔并密封柜體

↓輕微

→ 檢查振動源 → 明顯 → 加裝減震支架

標準參考：IEC 61131-2規定PLC工作環境溫度應為0-55℃，濕度10-90%無凝露。

三、預防性維護建議

1. 定期保養計劃

● 每季度清理濾網和散熱通道

● 每年校驗I/O模塊精度（模擬量偏差需<0.5%）

● 每兩年更換通信終端電阻

2. 冗余設計

● 關鍵工序采用雙電源模塊熱備

● 重要信號線使用雙絞屏蔽電纜（如Belden 8761）

3. 數據追溯

● 通過SCADA系統記錄故障歷史（如某食品廠通過分析3個月數據發現周期性電源波動）

4. 人員培訓

● 掌握萬用表、示波器等工具的使用

● 熟悉TIA Portal、GX Works等編程軟件診斷功能

四、典型故障處理實例

案例1：某包裝機械PLC輸出點頻繁損壞

● 排查過程：

1. 用電流鉗表測得電磁閥啟動電流達3A（超過繼電器觸點2A額定值）

2. 在輸出端增加中間繼電器擴容負載能力

● 改進效果：故障率從每月2次降為零

案例2：污水處理站PLC模擬量輸入波動

● 根本原因：

? pH傳感器與PLC共用電源導致共模干擾

● 解決方案：

? 為傳感器配置隔離式變送器

? 在AI模塊輸入端增加π型濾波器

通過系統化的故障分析和標準化的排查流程，可顯著提升PLC系統的MTBF（平均無故障時間）。建議企業建立《PLC維護手冊》并配備必要的檢測工具，將故障處理時間控制在30分鐘以內，最大限度減少生產損失。

審核編輯 黃宇