李想
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摘要：跟随中国科学技术发展迅速的脚步，各个门类事业的技术水平都有了显著提高。工业机电自动化的应用实施当然离不开PLC控制系统，作为智能化和高效化的自动化控制必备系统，PLC程序推动我国工业生产进步，而PLC控制系统运行的稳定性是保证工业生产过程高效稳定的重要前提。本文总结了典型PLC控制系统的组成和常见故障类型，将其分为外部设备故障、硬件设备故障和现场设备故障三种类型，并探讨了PLC控制系统的故障特征。然后，针对PLC控制系统的三种常见故障类型，对故障诊断和处理措施进行了分类和探讨。
关键词：PLC控制系统；故障类型；处理措施
PLC控制系统是一种基于逻辑编程控制器控制系统的智能模块化控制程序，是当今中国工业高效生产中控制核心的关键。PLC控制系统之所以能广泛应用于工业生产，主要是基于其可靠性、有效性和方便性等技术优势。然而，在逻辑编程控制器控制系统发挥自身作用的同时，不可避免地会出现一些系统故障，如常见的外围，硬件设备故障、信息输入输出电路故障等。基于此背景，在实际工业生产中，分析PLC控制系统的故障特征，研究其诊断故障技术和方式，已逐渐成为保证逻辑控制系统可靠稳定性，提高企业经济利润的支柱。
1 机电PLC控制系统常见故障种类描述
1.1外部连接件故障
外部连接件故障一般是因设备中的电源，各种连接开关、继电器接触器，负载端子线路及接地等质量，装配工况，逻辑接法及使用寿命等可控因素引起，根据经验总结来看，是整个PLC控制系统故障发生频段最高的一项。
1.2硬件机电设备及软件故障
系统内各种硬件主板及显示屏故障一般归结为硬件设备类故障，尤其是输入输出I/O端子板，一旦超负荷使用，接触不良，经久超寿出现老化等问题，就会引起串联式的硬件报错故障。但此类硬件故障都有各种追踪显示类的呈现，大概率发生在系统局部，故障现象明显，极易趁早察觉。软件故障通常是由于PLC控制系统内部编程逻辑错误，或软件设计存在缺陷性漏洞所导致。大部分软件开发时，不可避免地会存在无法测定的错误，尤其是未经过缜密流程测试的软件。
1.3机电设备其它故障
意外故障和常态故障是现场设备故障的两种常见类型。一般在遇到意外故障时，可以先采取系统重启措施，通常可以排除大部分系统故障。另外，如果重启系统不能消除这类故障，可以定性为常态故障，一般可以通过排查各种软硬件设备进行诊断。硬件故障的排除如上所述。此外，常态故障通常是由逻辑编程控制器控制系统的设计缺陷或长运行寿命引起的。
2 分析PLC控制系统故障特性
在研究PLC控制系统故障时，故障发生期主要分为三个时期:早期故障期、偶发性故障期和丢失故障期。人们总结的实际经验和数据，控制系统的故障特点是，在早期投入使用的过程中，故障发生的概率比较大，随着使用时间的延长，故障会逐渐减少。系统运行时，大部分故障都是偶然发生的，频次不是太大；但当系统处于损失失效阶段时，失效概率逐渐增大。当系统处于失效初期，失效概率呈现大跨度的趋势，失效概率由高到低突然变化。出现这种现象的原因是系统刚投入使用时会出现一些缺陷和不稳定因素。当发现问题时，持续的检查和维护会使故障的概率越来越小。当系统处于偶然故障期时，故障概率低，故障的发生是偶然的。这个时期是系统运行的最佳阶段。当控制系统处于损耗故障期时，由于控制系统的设备长期运行，磨损程度随着时间的推移而增加，导致其运行中出现故障的概率增加。
3常见PLC控制系统故障诊断及处理措施研究
3.1外部连接件故障诊断与处理
在工业机电设备的施控中，电源连接故障是常见PLC控制系统的外部设备故障，尤其是供给电源发生的问题点。与PLC控制系统直接相连的电源通常抗干扰能力差，主要是没有采取足够的隔离措施。因此，针对这一现象，在PLC控制系统的电源选择阶段，可以先选择隔离性较好的电源，通过配备小电容分配器或采取多重隔离措施，增强PLC控制系统的抗干扰能力。此外，针对空间电磁波干扰现象，为了提高PLC控制系统控制室的管理水平，充分考虑空气和灰尘等外部环境因素的干扰，应定期清洗和维护PLC主机设备。同时，相关操作人员应严格遵守各种操作规程。端子接线接触不良此类故障在PLC工作一定时间后随着设备动作的频率升高出现，由于控制柜配线缺陷或者使用中的震动加剧及等原因，接线头或元器件接线柱易产生松动而引起接触不良。PLC控制系统的接地方式一般采用一点接地和一点串联接地。但在实践中，接地方式往往比较混乱，不可避免地会出现一些干扰性故障。对于这种故障，通常可以通过检查屏蔽层和绝缘层的连接状态来诊断故障。
3.2硬件设备及软件故障诊断与处理
输入输出端口设备故障也是容易显现的硬件设备故障，一般指I/O模块内部故障。主要故障处理措施也是基于屏蔽干扰，外部干扰源，检查接头接触良好，电流值不允许过载，对识别出的主要干扰源进行屏蔽隔离。为了减少电磁干扰，在实际工业生产中，通常可以通过分层敷设来最小化电磁干扰。对于软件的问题采取对程序段逐行校对，或用程序逻辑测试软件进行报错监测，排除由于人为编程导致的错程序。敦促开发商定期优化软件，满足控制使用需求。
3.3机电设备其它故障诊断与处理
对于发生率高的其它设备故障的维修，应遵循识别诊断处理维修的治理流程，维修要点包括:零部件的选择应以性能优良、使用寿命长为科学依据，同时优化零部件的外部工作环境，延长其使用寿命，降低故障率；仪器设备的安装应严格按照安装说明书进行，尤其是信号线的屏蔽层应合理接地，分层敷设，以提高其抗干扰能力。
4 展望PLC控制系统故障诊断技术趋势
4.1 专家级PLC控制系统故障诊断
行业研究现状调查显示，PLC控制系统故障诊断专家系统是目前研究较多的PLC控制系统故障诊断技术。通常，专家级系统的构成结构是基于知识库、大数据库、全球数据动态链接、知识获取机构及用户接口模块设计的。关于其功能构成，可以细分为专家系统运用和知识库管理两大板块。另外，其系统功能主要用于PLC控制系统开发，升级了实时故障动态分析，进行推理预判故障的关键点，同时诊断结果提供相应的处理方法和维护建议。
4.2基于人工神经网络的PLC故障诊断技术
基于人工神经网络的PLC控制系统故障诊断技术是目前最先进的PLC系统故障诊断技术，目前其理论研究很多，但实际应用普及率很低。但是，该技术具有不需要在PLC控制系统中预设故障诊断程序，能够大幅缩短扫描周期的优点，它具有强大的神经网络和数据算法。它具有离线分析数据的能力等，该技术尚未普及，但以其技术前卫性，相信在不久的将来会引领系统故障诊断的道路。
5结语
综上所述，PLC控制系统的应用带给工业自动化极大的可控便利，而完善PLC控制系统的故障诊断技术和诊断方法是保证PLC控制系统运行可靠性的重要环节，希望给相关开发和从业人员带来一些借鉴。
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