PLC等工控係統故障的主要原因

自1960 年代後期發展以來，PLC 等工控係統變得越來越複雜。現在，更加複雜的程序執行著各種複雜的任務。因此，PLC等工控係統不間斷地運行以翻譯相應機器的連續命令字符串。盡管工控係統越來越可靠和穩定，但基於電子元器件的控製係統，不可避免的也會出現各種各樣的故障。

工業控製係統出現故障的常見原因包括模塊故障、電源故障和網絡故障。也可能源於過熱、潮濕和電磁幹擾。為了解決這些控製係統問題，工廠工程師必須檢查他們的係統，以確保這些問題不會失控。

誠然，PLC 設計用於在惡劣的環境中運行。也就是說，即使是最複雜的命令代碼，如果遇到停電、掉電或任何可能對電路造成物理傷害的情況，也可能會遇到問題。因此，準確了解導致 PLC 故障的原因以及如何停止和預防此問題至關重要。

輸入/輸出模塊和現場設備

在 PLC 發生故障的五分之四的情況下，問題歸結為以下三個因素之一：

輸入/輸出 (I/O) 模塊故障

現場設備的問題

電源問題

當這些組件之一出現問題時，該問題會隨著運行中的程序的中斷而變得明顯。在某些情況下，該過程會突然停止。這些問題中的每一個都使PLC 係統無法獲得執行程序所需的信號。為了解決此類問題，工程師需要檢查係統軟件以確定問題的根源，這通常是由於某個 I/O 點造成的。一旦工程師查明了受影響的 I/O 模塊，他們就可以從一端到另一端追蹤問題的嚴重程度。在這種情況下，可能會出現各種問題，包括：

PLC 配置錯誤

接線端子鬆動

芯片VCC供電故障

電線問題

斷路器跳閘

在某些情況下，I/O 模塊可能需要更換。對於運行多年來完好無損的係統，這可能很困難。較新的模塊可能與構成相關係統的較舊組件不兼容。當一個或多個輸入不正常或完全失效時，通常意味著 PLC 或電源存在錯誤。第一步是查看問題是否根源於 I/O 模塊。下一步是查看電線或電源是否導致了該問題。如果這些組件都不是故障源，那麽下一步檢查現場設備。與 I/O 模塊物理分離的係統部分應檢查其配置是否有錯誤。對於現場設備，問題也可能是電路損壞的結果，這有時是濕氣導致的。

接地完整性

為了使 PLC 及其維護人員安全，正確接地至關重要。接地完整性還可以作為屏障，防止電氣白噪聲。每次查看 PLC 時，他們都應檢查接地線確定是否存在問題。例如，部分損壞的地線可能會影響接地線的容量，如果接地線鬆動，那也會影響電源的質量。電線必須完好無損並接地，才能向 PLC 係統供電。

接地線的問題包括電線損壞和連接薄弱。當工程師進行這些檢查時，可以用萬用表測試接線絕緣。PLC接地端子與設備連接點是否有電阻。

電源故障

為了讓 PLC 在輸入和輸出之間執行程序，PLC 必須具有穩定、不間斷的電源流。當電源停止時，問題可能歸結為多種原因之一。盡管由於局部或區域停電而導致停電，但最常見的電源故障來源包括電網故障、接線鬆動和電纜磨損。

為了避免停電帶來的損失，當今的大多數工業設施都有備用電源。在停電的情況下，輔助電源使設施的最重要功能保持不間斷運行，或者至少有足夠長的時間正常關閉。一些設施使用所謂的不間斷電源，作為冗餘電源。

然而，並非所有工廠都認為這個過程必不可少。因此，如果確實發生主電源中斷，這些設施可能會遭受重大係統損壞。損壞是由於斷電或停電時係統組件受到的衝擊。如果發生電湧，電湧可能會燒毀各種係統組件，而其他組件可能無法像以前那樣有效地工作。此外，如果操作員無法在停電前保存數據，則過程數據可能會在停電期間丟失。

不使用備用設備的設施停電最糟糕的事情是潛在的損失。在許多情況下，中斷是輕微的，僅持續半小時或更短時間，但損壞將是永久性的。借助備用電源，設施可以輕鬆克服此類事件，而 PLC 係統幾乎沒有損失。

在某些 PLC 上，安裝了電池以在停電時延長供電時間。這樣，可以保存數據，並且可以在停電期間正確關閉 PLC。一旦電源恢複，PLC 可以正常重啟。

電噪聲幹擾

由電氣噪聲引起的外來信號幹擾會極大地影響 PLC 的性能。電噪聲的最常見原因是電磁幹擾，這通常發生在大型電機啟動或附近閃電擊中時。電噪聲的另一個原因是射頻幹擾，這可能是附近天線和手持發射器的結果。

電氣噪聲造成的損壞範圍從 PLC 偶發到徹底故障。因此，重要的設施盡可能地避免受到這種幹擾的可能性。否則可能會導致長時間的停機和代價高昂的損失。

在工業場所中，應禁止在工控設備附近使用可能造成幹擾的手持設備。此外，任何在這方麵可能存在問題的機器都應與 PLC 隔離。如果有疑問，請讓服務工程師來幫助您找到最有效的方法來設置或隔離潛在的幹擾組件。

網絡通訊中斷

大多數 PLC 控製係統必須與周圍設備連接才能正常運行。此類設備將包括外圍設備和人機界麵。這些不同的組件通過以太網電纜或其他類型的通訊線路相互連接，將命令從一個點傳遞到另一個點。

如果兩個設備之間的連接由於某種原因而失敗，則設備將無法按編程執行其預期功能。因此，通信丟失通常會導致工業設施停機。執行係統診斷時，指示燈將顯示斷開的根源。通信故障有時源於中央處理單元。

為了保護係統免受此類事件的影響，工程師必須定期檢查不同係統部件之間的連接。在執行這些檢查時，技術人員應在每個點檢查係統網絡的物理基礎設施，以確保可以按照命令激活和終止提示。

當向係統添加其他設備時，必須執行進一步檢查以確保新連接牢固且舊連接保持不中斷。為確保操作安全，每台新設備都需要安裝固件以及補丁以防止出現安全漏洞。

熱

電子元件的最大危險之一是過熱。如果保護不當，被發熱設備包圍的PLC 係統可能會出現故障。一般規則，所有設備應保持在遠低於製造商規定的最大閾值的溫度下。否則，PLC 和/或外圍部件可能會過熱而無法正常工作（如果有的話）。

潮濕的環境也會產生濕氣，這也會對 PLC 產生破壞性影響。如果濕氣在 PLC 內積聚，控製器可能會突然停止工作。因此，由於與熱相關的問題，設施可能會暫時關閉，麵臨昂貴的維修。

在配備 HVAC 係統的設施中，製冷裝置應設置為將 PLC 周圍區域保持在相對較低溫度的水平。任何產生足夠熱量的東西都應與 PLC 保持安全距離。隻要 PLC 可以在製造商推薦的溫度範圍內正常運行，您的 PLC 就不應該麵臨與熱相關的性能問題的風險。

與外部環境的衝突

當代碼的內部狀態與外部不兼容時，PLC 可能會發生故障。也許一部分已沿著連接的外圍設備之一進行了更改，或者可能發生了更新，而代碼無法理解這些更改，在任何情況下，PLC 隻能執行他理解的編程內容。當輸入設備未進行充分的兼容性測試時，PLC 可能無法理解它接收到的信號。反過來，PLC 將無法將這些命令付諸實施。因此，對係統的任何更改都應經過全麵測試，以確保一切按計劃運行。

損壞的內存

PLC 的內存可能會因頻率幹擾和電源中斷等外部因素而損壞。例如，當發生斷電或停電時，電擊可能會導致中央處理單元無法讀取代碼。同樣，由於突然斷電而無法正常關閉的 PLC 在您重新啟動後可能無法正確讀取。

為防止 PLC 中的內存丟失，請將所有數據複製到冗餘存儲單元。將冗餘副本存放在遠離電磁幹擾源、射頻幹擾源或任何熱源的地方。

管理風險

為了減少 PLC 問題的可能性，設施工程師必須遵循程序步驟，以確保所有部件在所有末端都正確連接。此外，PLC 係統的操作環境應保持良好，以確保不存在電噪聲、濕氣或過熱。

多年來，一些工廠未能製定足夠的維護程序。因此，這些設施經曆了過多的係統和部件故障，而此類故障代價高昂。最大可能的疏忽之一是未能檢測到過熱問題，這可能對任何從 PLC 接收命令的設備產生破壞性影響。此外，熱量和由此產生的水分會導致控製器故障。

電噪聲問題也很嚴重，因為它會破壞 PLC 的命令代碼。當係統被提示執行某個命令時，如果出現信號幹擾，PLC 可能無法處理這些命令。因此，設施必須製定嚴格的措施，以確保在 PLC 範圍內的任何地方都沒有任何可能導致電磁或無線電幹擾的東西。

最重要的是，確保備用電源始終支持 PLC 係統至關重要。這樣，如果主電源出現任何時間長度的故障，工廠就可以滿負荷或至少是必要的產能運轉。此外，設施必須定期檢查PLC 係統的電線完整性、接地和以太網連接。