PLC 控制器I/O 接口模塊故障的診斷與處理

楊保良

（川西鉆探公司機電工程公司，四川遂寧 629000）

0 引言

PLC 由于其模塊化結構簡單、安裝方便、抗干擾性好、配置易于實現(xiàn)等性能，已廣泛應用于工業(yè)控制領域。目前，大多數(shù)變頻鉆機、頂部驅(qū)動等自動化較高的設備均采用PLC 作為其控制中心，得到用戶認可。整體系統(tǒng)通過PROFIBUS、I/O 接口模塊、中繼器、通信模塊等連接，進行現(xiàn)場信號的采集、輸出與處理，提高設備自動化程度。本文結合現(xiàn)場處理經(jīng)驗，提出通過更改系統(tǒng)程序、硬態(tài)配置等方式來解決故障，避免因設備故障造成現(xiàn)場生產(chǎn)停工等情況。

1 I/O 接口模塊分類用途及工作原理

I/O 模塊即輸入輸出模塊，作為PLC 控制器數(shù)據(jù)處理的前后端重要組成部分，其功能正常與否直接影響整體設備的使用。輸入模塊用于采集和接受指令前段的輸入信號，其工作原理為:對開關提供的通斷信號和各類傳感裝置、變送器提供的模擬信號進行采集接收，此外輸入模塊需將模擬信號轉化成處理器能夠接收和處理的數(shù)字信號。輸出模塊則是根據(jù)處理器處理的數(shù)字信號將其轉化成現(xiàn)場執(zhí)行元件的信號，該信號控制各類型繼電器、電磁閥、指示燈、數(shù)顯儀器，進行觸電閉合等按照指令運行，再通過外部控制電路促使負載正常工作。根據(jù)處理信號的類型分DI/DO 和AI/AO 兩類模塊。

（1）輸入接口電氣示意圖如圖1 所示，PLC 內(nèi)部提供直接電路電源，在輸入開關接通時，光電耦合器導通，同時發(fā)光二極管顯示有信號輸入顯示，處理內(nèi)部數(shù)據(jù)，其中，RC 為濾波電路。

（2）輸出接口電氣示意圖如圖2 所示，PLC 內(nèi)部數(shù)據(jù)處理后，直接通過光耦合器導通后，驅(qū)動負載側控制電路工作，通過外部電路使得負載工作，同時發(fā)光二極管顯示有信號輸出。

2 I/O 接口模塊故障表現(xiàn)與診斷

現(xiàn)場使用過程中，常見的與I/O 接口模塊相關故障表現(xiàn)為給定動作指令和采集設備已工作，負載等執(zhí)行元件或顯示儀表無法工作或異常工作。發(fā)生故障時，一般按照輸入程序執(zhí)行輸出的步驟進行檢查。逐步在排除輸入側或輸出側外部線路故障后，確定為I/O 接口模塊故障。針對I/O接口模塊的電氣原理圖，一般為指示燈、光電耦合器元器件發(fā)生損壞，現(xiàn)場使用中根據(jù)損壞嚴重程度分為單通道損壞和整體裝置損壞兩類故障。對于損壞模塊可從以下3 種方法進行診斷。

圖1 輸入模塊電路

圖2 輸出模塊電路

（1）直接觀察指示燈是否工作，指示燈無顯示表示不工作。

（2）在電源工作正常下，通過萬用表等工具測量模塊公共端與輸入輸出端是否有顯示值，無顯示表明I/O 接口模塊內(nèi)部故障。

（3）進入PLC 程序，通過搜索找到模塊對應通道地址。進入含有通道地址的子程序或主程序，使用在線監(jiān)視功能，給定動作指令觀察程序處理過程中是否進行運行或變量發(fā)生更改，根據(jù)變化快速檢測出是否存在故障。通過以上診斷方法，能正確找到故障類型及故障通道的地址，為下一步有效處理提供正確依據(jù)。

3 I/O 接口故障處理方法

對于整體裝置損壞，由于現(xiàn)場手段單一及修復難度大，應急等檢修時間較少的情況直接采取整體更換，連接模塊之間的總線連接器進行現(xiàn)場恢復。更換后的故障模塊根據(jù)其電氣原理圖，利用萬用表等工具對指示燈、光耦合器、RC 等進行檢查及更換，最后上電對檢修后的模塊進行功能檢驗。

單通道損壞的I/O 接口模塊，根據(jù)控制器的系統(tǒng)原理可按照以下步驟進行快速處置。

（1）根據(jù)上述故障診斷方法確定故障的通道地址，以每個子站為單位找到功能正常的備用通道，并拆除故障通道的連接線路，繼而將該線路與備用通道連接。

（2）通過外部PC 加適配器的方式與PLC 處理器連接或通過設備配套的上機位，運行系統(tǒng)軟件進入程序，通過搜索方式找到損壞通道地址并全部替換為備用通道地址。

（3）對于模擬輸入輸出模塊，完成通道地址參數(shù)修改后進入PLC 系統(tǒng)，根據(jù)負載工作特性，在硬態(tài)配置清單中設置其工作屬性為電流型或電壓型。

（4）保存更改后的程序，將PLC 程序從RAM 寫入到ROM，避免掉電后修改的參數(shù)不能正常被處理器讀寫運行。

（5）重啟系統(tǒng)，確定程序更改是否正常，設備能否正常運行。

4 結論

利用上述處理方法成功解決了Vacro（TDS-11）頂部驅(qū)動裝置I/O 接口模塊故障，使得設備及時恢復使用并投入生產(chǎn)。通過系統(tǒng)論證及現(xiàn)場應用結果分析，該方法解決現(xiàn)場此類故障是可行的，且不影響設備任何功能。