PLC等工控系统故障的主要原因

自1960 年代后期发展以来，PLC 等工控系统变得越来越复杂。现在，更加复杂的程序执行着各种复杂的任务。因此，PLC等工控系统不间断地运行以翻译相应机器的连续命令字符串。尽管工控系统越来越可靠和稳定，但基于电子元器件的控制系统，不可避免的也会出现各种各样的故障。

工业控制系统出现故障的常见原因包括模块故障、电源故障和网络故障。也可能源于过热、潮湿和电磁干扰。为了解决这些控制系统问题，工厂工程师必须检查他们的系统，以确保这些问题不会失控。

诚然，PLC 设计用于在恶劣的环境中运行。也就是说，即使是最复杂的命令代码，如果遇到停电、掉电或任何可能对电路造成物理伤害的情况，也可能会遇到问题。因此，准确了解导致 PLC 故障的原因以及如何停止和预防此问题至关重要。

输入/输出模块和现场设备

在 PLC 发生故障的五分之四的情况下，问题归结为以下三个因素之一：

输入/输出 (I/O) 模块故障

现场设备的问题

电源问题

当这些组件之一出现问题时，该问题会随着运行中的程序的中断而变得明显。在某些情况下，该过程会突然停止。这些问题中的每一个都使PLC 系统无法获得执行程序所需的信号。为了解决此类问题，工程师需要检查系统软件以确定问题的根源，这通常是由于某个 I/O 点造成的。一旦工程师查明了受影响的 I/O 模块，他们就可以从一端到另一端追踪问题的严重程度。在这种情况下，可能会出现各种问题，包括：

PLC 配置错误

接线端子松动

芯片VCC供电故障

电线问题

断路器跳闸

在某些情况下，I/O 模块可能需要更换。对于运行多年来完好无损的系统，这可能很困难。较新的模块可能与构成相关系统的较旧组件不兼容。当一个或多个输入不正常或完全失效时，通常意味着 PLC 或电源存在错误。第一步是查看问题是否根源于 I/O 模块。下一步是查看电线或电源是否导致了该问题。如果这些组件都不是故障源，那么下一步检查现场设备。与 I/O 模块物理分离的系统部分应检查其配置是否有错误。对于现场设备，问题也可能是电路损坏的结果，这有时是湿气导致的。

接地完整性

为了使 PLC 及其维护人员安全，正确接地至关重要。接地完整性还可以作为屏障，防止电气白噪声。每次查看 PLC 时，他们都应检查接地线确定是否存在问题。例如，部分损坏的地线可能会影响接地线的容量，如果接地线松动，那也会影响电源的质量。电线必须完好无损并接地，才能向 PLC 系统供电。

接地线的问题包括电线损坏和连接薄弱。当工程师进行这些检查时，可以用万用表测试接线绝缘。PLC接地端子与设备连接点是否有电阻。

电源故障

为了让 PLC 在输入和输出之间执行程序，PLC 必须具有稳定、不间断的电源流。当电源停止时，问题可能归结为多种原因之一。尽管由于局部或区域停电而导致停电，但最常见的电源故障来源包括电网故障、接线松动和电缆磨损。

为了避免停电带来的损失，当今的大多数工业设施都有备用电源。在停电的情况下，辅助电源使设施的最重要功能保持不间断运行，或者至少有足够长的时间正常关闭。一些设施使用所谓的不间断电源，作为冗余电源。

然而，并非所有工厂都认为这个过程必不可少。因此，如果确实发生主电源中断，这些设施可能会遭受重大系统损坏。损坏是由于断电或停电时系统组件受到的冲击。如果发生电涌，电涌可能会烧毁各种系统组件，而其他组件可能无法像以前那样有效地工作。此外，如果操作员无法在停电前保存数据，则过程数据可能会在停电期间丢失。

不使用备用设备的设施停电最糟糕的事情是潜在的损失。在许多情况下，中断是轻微的，仅持续半小时或更短时间，但损坏将是永久性的。借助备用电源，设施可以轻松克服此类事件，而 PLC 系统几乎没有损失。

在某些 PLC 上，安装了电池以在停电时延长供电时间。这样，可以保存数据，并且可以在停电期间正确关闭 PLC。一旦电源恢复，PLC 可以正常重启。

电噪声干扰

由电气噪声引起的外来信号干扰会极大地影响 PLC 的性能。电噪声的最常见原因是电磁干扰，这通常发生在大型电机启动或附近闪电击中时。电噪声的另一个原因是射频干扰，这可能是附近天线和手持发射器的结果。

电气噪声造成的损坏范围从 PLC 偶发到彻底故障。因此，重要的设施尽可能地避免受到这种干扰的可能性。否则可能会导致长时间的停机和代价高昂的损失。

在工业场所中，应禁止在工控设备附近使用可能造成干扰的手持设备。此外，任何在这方面可能存在问题的机器都应与 PLC 隔离。如果有疑问，请让服务工程师来帮助您找到最有效的方法来设置或隔离潜在的干扰组件。

网络通讯中断

大多数 PLC 控制系统必须与周围设备连接才能正常运行。此类设备将包括外围设备和人机界面。这些不同的组件通过以太网电缆或其他类型的通讯线路相互连接，将命令从一个点传递到另一个点。

如果两个设备之间的连接由于某种原因而失败，则设备将无法按编程执行其预期功能。因此，通信丢失通常会导致工业设施停机。执行系统诊断时，指示灯将显示断开的根源。通信故障有时源于中央处理单元。

为了保护系统免受此类事件的影响，工程师必须定期检查不同系统部件之间的连接。在执行这些检查时，技术人员应在每个点检查系统网络的物理基础设施，以确保可以按照命令激活和终止提示。

当向系统添加其他设备时，必须执行进一步检查以确保新连接牢固且旧连接保持不中断。为确保操作安全，每台新设备都需要安装固件以及补丁以防止出现安全漏洞。

热

电子元件的最大危险之一是过热。如果保护不当，被发热设备包围的PLC 系统可能会出现故障。一般规则，所有设备应保持在远低于制造商规定的最大阈值的温度下。否则，PLC 和/或外围部件可能会过热而无法正常工作（如果有的话）。

潮湿的环境也会产生湿气，这也会对 PLC 产生破坏性影响。如果湿气在 PLC 内积聚，控制器可能会突然停止工作。因此，由于与热相关的问题，设施可能会暂时关闭，面临昂贵的维修。

在配备 HVAC 系统的设施中，制冷装置应设置为将 PLC 周围区域保持在相对较低温度的水平。任何产生足够热量的东西都应与 PLC 保持安全距离。只要 PLC 可以在制造商推荐的温度范围内正常运行，您的 PLC 就不应该面临与热相关的性能问题的风险。

与外部环境的冲突

当代码的内部状态与外部不兼容时，PLC 可能会发生故障。也许一部分已沿着连接的外围设备之一进行了更改，或者可能发生了更新，而代码无法理解这些更改，在任何情况下，PLC 只能执行他理解的编程内容。当输入设备未进行充分的兼容性测试时，PLC 可能无法理解它接收到的信号。反过来，PLC 将无法将这些命令付诸实施。因此，对系统的任何更改都应经过全面测试，以确保一切按计划运行。

损坏的内存

PLC 的内存可能会因频率干扰和电源中断等外部因素而损坏。例如，当发生断电或停电时，电击可能会导致中央处理单元无法读取代码。同样，由于突然断电而无法正常关闭的 PLC 在您重新启动后可能无法正确读取。

为防止 PLC 中的内存丢失，请将所有数据复制到冗余存储单元。将冗余副本存放在远离电磁干扰源、射频干扰源或任何热源的地方。

管理风险

为了减少 PLC 问题的可能性，设施工程师必须遵循程序步骤，以确保所有部件在所有末端都正确连接。此外，PLC 系统的操作环境应保持良好，以确保不存在电噪声、湿气或过热。

多年来，一些工厂未能制定足够的维护程序。因此，这些设施经历了过多的系统和部件故障，而此类故障代价高昂。最大可能的疏忽之一是未能检测到过热问题，这可能对任何从 PLC 接收命令的设备产生破坏性影响。此外，热量和由此产生的水分会导致控制器故障。

电噪声问题也很严重，因为它会破坏 PLC 的命令代码。当系统被提示执行某个命令时，如果出现信号干扰，PLC 可能无法处理这些命令。因此，设施必须制定严格的措施，以确保在 PLC 范围内的任何地方都没有任何可能导致电磁或无线电干扰的东西。

最重要的是，确保备用电源始终支持 PLC 系统至关重要。这样，如果主电源出现任何时间长度的故障，工厂就可以满负荷或至少是必要的产能运转。此外，设施必须定期检查PLC 系统的电线完整性、接地和以太网连接。