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PLC（可编程控制器）在现代的自动化行业中应用广泛，PLC发展应用到，结合自己所学知识，整理出来了这篇文章，阐释下PLC的一般结构和常见的故障类型，希望可以给PLC爱好者提供一些建议。
PLC控制系统主要由输入部分、CPU、采样部分、输出控制和通讯部分组成，如图1所示。输入部分包括控制面板和输入模板；采样部分包括采样控制模板、AD转换模板和传感器；CPU作为系统的核心，完成接收数据，处理数据，输出控制信号；输出部分有的系统用到DA模板，将输出信号转换为模拟量信号，经过功放驱动执行器；大多数系统直接将输出信号给输出模板，由输出模板驱动执行器工作；通讯部分由通讯模板和上位机组成。
因为PLC本身的故障可能性极小，系统的故障主要来自外围的元部件，它的故障可分为如下几种：
（1）输入故障，即操作人员的操作失误；
■传感器故障；
■执行器故障；
■PLC软件故障
这些故障，都可以用合适的故障诊断方法进行分析和用软件进行实时监测，对故障进行预报和处理。
PLC控制系统的故障诊断方法
PLC控制系统故障的宏观诊断
故障的宏观诊断就是根据经验，参照发生故障的环境和现象来确定故障的部位和原因。PLC控制系统的故障宏观诊断方法如下：
■是否为使用不当引起的故障，如属于这类故障，则根据使用情况可初步判断出故障类型、发生部位。常见的使用不当包括供电电源故障、端子接线故障、模板安装故障、现场操作故障等。
■如果不是使用故障，则可能是偶然性故障或系统运行时间较长所引发的故障。对于这类故障可按PLC的故障分布，依次检查、判断故障。检查与实际过程相连的传感器、检测开关、执行机构和负载是否有故障：检查PLC的I/O模板是否有故障：后检查PLC的CPU是否有故障。
■在检查PLC本身故障时，可参考PLC的CPU模板和电源模板上的指示灯。
■采取上述步骤还检查不出故障部位和原因，则可能是系统设计错误，此时要重新检查系统设计，包括硬件设计和软件设计。
输入输出故障诊断
输人输出是PLC与外部设备进行信息交流的通道，其是否正常工作，除了和输入输出单元有关外，还与联接配线、接线端子、保险丝等元件状态有关。
出现输入故障时，检查LED电源指示器是否响应现场元件（如按钮、行程开关等）。如果输入器件被激励（即现场元件已动作），而指示器不亮，则下一步就应检查输入端子的端电压是否达到正确的电压值。若电压值正确，则可替换输入模块。若一个LED逻辑指示器变暗，根据编程器件监视器、处理器未识别输入，则输入模块可能存在故障。如果替换的模块并未解决问题且连接正确，则可能是I／O机架或通信电缆出了问题。
出现输出故障时，应察看输出设备是否响应LED状态指示器。若输出触点通电，模块指示器变亮，输出设备不响应。那么，应检查保险丝或替换模块。若保险丝完好，替换的模块未能解决问题，则应检查现场接线。若根据编程设备监视器显示一个输出器被命令接通，但指示器关闭，则应替换模块。
在诊断输入／输出故障时，佳方法是区分究竟是模块自身的问题，还是现场连接上的问题。如果有电源指示器和逻辑指示器，模块故障易于发现。通常，先是更换模块，或测量输入或输出端子板两端电压测量值正确，模块不响应，则应更换模块。若更换后仍无效，则可能是现场连接出问题了。输出设备截止，输出端间电压达到某一预定值，就表明现场连线有误。若输出器受激励，且LED指示器不亮，则应替换模块。如果不能从I／O模块中查出问题，则应检查模块接插件是否接触不良或未对准。后，检查接插件端子有无断线，模块端子上有无虚焊点。
指示诊断
LED状态指示器能提供许多关于现场设备、连接和I／O模块的信息。大部分输入／输出模块至少有一个指示器。输入模块常设电源指示器，输出模块则常设一个逻辑指示器。
对于输入模块，电源LED显示表明输入设备处于受激励状态，模块中有一信号存在。该指示器单独使用不能表明模块的故障。逻辑LED显示表明输入信号已被输入电路的逻辑部分识别。如果逻辑和电源指示器不能显示，则表明模块不能正确地将输入信号传递给处理器。输出模块的逻辑指示器显示时，表明模块的逻辑电路已识别出从处理器来的命令并接通。除了逻辑指示器外，一些输出模块还有一只保险丝熔断指示器或电源指示器，或二者兼有。保险丝熔断指示器只表明输出电路中的保护性保险丝的状态；输出电源指示器显示时，表明电源已加在负载上。像输入模块的电源指示器和逻辑指示器一样，如果不能显示，表明输出模块就有故障了。
首钢矿业公司烧结厂始建于1990年，一、二期共6台烧结机，先后于92年投产，此项目是为首钢高炉生产炼铁的主要原料基地，投产后，各项经济指标一直在国内处于的地位，也是国内较大的烧结厂，也是首钢迁安基地的生产烧结原料的重要基地，在当初设计时，其控制系统采用西门子S5-135U可编程控制器，称重系统采用国内生产的称重变送器。系统中共设计料斗称42台，配料称42套。由于当时系统和设备技术水平的限制，称重系统一直存在着很多问题，如：称重变送器原，系统标定繁锁，信号不稳定，抗干扰能力弱，精度不高，备品备件成本也较高。经过我们和厂家探讨，决定对自控及称重系统进行升级改造，由我们进行系统设计，成套供货。自控系统我们选择西门子S7-400PLC，料斗称称重系统选择SiwarexU，皮带秤选择BW500，SiwarexU称重模块替代原来的称重变送器，改变传统的称重方式把SIWAREXU 称重模块置于ET。
200M中取得了很多的效果，原来系统中称重的问题基本上都得到了解决。
称重系统改造后有如下优点：
1.系统称量精度比较高可达0.5%；
2.利ET200M，使其为远程I/O，节省电缆，降低成本；
3.秤系统校验方便，可在现场，也可上位监视系统上校验，非常方便；
4.更换模块方便，只需将原来程序下载即可，无需重新标定模块；
5.抗干扰能力强，信号处理方便，其信号直接通过S7-bus给CPU；
6.称重数据交换方便迅速。
由于SiwarexU在烧结厂称重与配料系统中很多的应用，在首钢矿业公司球团厂的改造中也被用户所接受并应用，也取得了很多的效果，西门子动态称重的仪表BW500也在系统中被采用。
西门子SiwarexU称重模块以其优越性能，先进的技术在首钢矿业公司得到了广泛的应用和认可，在今后的改造中，他们将陆续的进行应用。我们公司也非常有信心将SiwarexU称重模块应用于其它相关的市场中。
一、 TP 介绍
（ 1) 简介
TP 触摸式工业图形显示器（简称触摸屏）是一种连接人类和机器（主要为 PLC ）的人机界面（国外称为 HMI 或 MMI ），被称为PLC 的脸面。它是替代传统控制面板和键盘的智能化操作显示器。可用于参数设置、数据显示、以曲线、动画等形式描绘自动化控制过程，并可简化PLC 的控制程序。
比之模拟仪表、操作台控制的优点：
1 ） 体积变小，几乎不占空间；
2 ） 连线简单化。
(2) TP 触摸屏的主要作用
监视：以数据、曲线、图形、动画等各种形式来反映 PLC内部位状态，存储器数值，从而直观反应工业控制系统的流程、走向。
控制：可以通过触摸操作改变 PLC 内部位状态，存储器数值，从而参与过程控制。
(3) TP 触摸屏主要功能
1 ） 以动画形式表现控制过程，可实现工况图、流程图，设备由静态到运行，画面模拟动画显示；
2 ） 离散点的 ON/OFF表示；可实现管道、阀门、指示灯的颜色变化，电气开关闸刀的开合、档板的开关、多选一开关的实现等；
3 ） 参数设置、数据显示；可设计数据表格，制作操作面板的仿真图象；
4 ）棒图、（半）饼图、容器图、趋势图及各种仪表表示；可制作操作面板的仿真图象，可实现信号量值、液体深度的变化；模拟表头指针或游标的移动等；
5 ）各种报警动作：生产过程中出现异常情况，自动报警并用文字显示故障类型，画面自动切换至故障所在的流程画面；
6 ） 可进行报表打印（非屏幕硬拷贝）、报警信息打印，打印时序可由用户确定；可连 CCTV 监视头（ NTSC制式），显示现场实时信息。
7) 把原来的开关、指示灯等移到触摸屏上，则可省去 PLC 上原来对应开关、指示灯等的输入输出点，从而可减小 PLC系统的规模。
8 ）权限管理：操作员只有在开机时输入正确的登陆密码后，触摸屏才能进入运行状态
(4) TP 触摸屏在恶劣条件下使用特点
1) 防尘、抗震
2) 防水、防电磁
二、可编程序控制器（ PLC ）在搅拌楼控制中的应用特点：
1）可靠性高 PLC在硬件和软件上采取了一系列抗干扰措施，使它可直接安装于工业现场而稳定可靠的工作，防磁，抗震，防尘。
2）编程简单、容易掌握。
3）适应性强，应用灵活。搅拌楼中心控制室的 PLC系统可控制搅拌楼附属设备如：搅拌楼的骨料上料皮带、水泥及粉煤灰的脉冲控制系统。
4）控制系统设计、修改、调试方便，工作量少。
5）功能强大。 PLC 具有开关量输入 / 输出，模拟量输入 /输出，大量的内部中间继电器，时间继电器，特殊继电器，数据寄存器，可进行逻辑控制、数据处理、模拟量处理。
三、 TP 和 PLC 在搅拌控制系统中的应用
1) 数据流程
在这套控制系统中， TP主要是发挥工业流程监控、数据显示、资料存储、打印、生产管理、发布生产操作命令的作用，它并不参与过程控制， PLC主要是采集现场生产信息 , 及时向 TP传送各类生产状态和数据如：配料门的限位、搅拌机的状态、各称量斗的传感信号，操作台的开关信号等，使 TP能以生动形象的动画形式及时显示出来， PLC 根据程序运行结果和 TP发布的指令来控制现场设备。具体见如下框图：
2) 系统配置框图
3) 系统主要构成：
触摸屏 : TP 采用 加拿大 TouchWin 公司 TP系列触摸屏，它负责处理现场与运行操作有关的人机界面，使操作员通过触摸屏实时了解现场运行状态，各种生产数据的当前值以及是否有故障报警发生，并可对工艺生产过程进行控制和调节, 触摸屏本身具有 “ 配方 ” 功能，通过其内部的宏指令可以将不同产品的不同工艺配方存储在其中，随时调用，大大节提高工作效率 ,它可以与近 30 个厂家的 PLC 通讯，兼容性极强，还可以和计算机通讯（开放式通讯协议），基于bbbbbbs98/2000/XP 操作平台下的专用组态软件，界面友好直观，易学易用，大大节省产品开发周期。具有RS232/422/485 通讯口，方便于连接其它厂家的 PLC及外设产品（如：条形码、存储卡、变频器、个人计算机等）。触摸屏上的并行口还可以直接和打印机连接实时或定时打印当前或历史数据。在编程软件中选择好触摸屏和PLC 型号后，在其系统设定中选择 PLC 型号，通讯的波特率为 38400bps ；奇偶校验为奇校验；数据长度 8 位；停止位 1位；通讯方式 RS-232 。
……PLC 可采用 XINJE 或西门子、欧姆龙等系列产品
…… 打印机 可采用 HP 或其他品牌的针式打印机和喷墨打印机
……TP 软件 采用 TP 专用的制作软件 TPsoft编程软件中备有大量的图形库（开关、灯、棒图等）供选择，还可以根据用户需求编辑所需要的工艺图形，能够转换 BMP 文件和 AUTOCAD中的 DXF文件。还具有留言板功能用于交接班记录用。在编程软件中可以设定触摸屏背光灯的关闭时间，节省其使用寿命。触摸屏中具有内部编程指令 ——宏命令，可以减轻 PLC 的编程负担，甚至有些简单的设备中可以取代 PLC ，由触摸屏编程直接和其它设备通讯
……PLC 编程软件 采用的是 XINJE 的 FC 编程软件，用它完成整个程序的编制、调试。
…… 监视摄像头
…… 软起动器
4) TP+PLC控制系统参数：
(1)A/D 转换 :1-16 路通道
(2) I/O 模块 : 采用 DC 输入输出 , 光电和机械隔离
(3) 配料精度 :
水泥 粉状 水剂 :±1%
砂石骨料 :±2%
5) 触摸屏和 PLC控制系统的主要功能：
(1) 整个控制过程处于中文系统下工作 , 管理完全汉化
(2) 实现配料 , 下料 , 拌和 , 出砼自动控制
(3) 拌和时间 , 下料顺序随即可调
(4) 配料 , 下料 , 拌和动态模拟显示
(5) 系统自动校称
(6) 配方可达 200 余种
(7)I/O 状态自动检测
(8) 自动生成数据库 , 生产流程图 , 报警系统图 , 参数报表
历史查询 , 报表制作和打印
四 . 下面以某电站 2× 1m3搅拌楼为例介绍各方面的制作
1) 系统组成：
…… 触摸屏选用 TFT 液晶显示器
…… 可编程序控制器选用信捷 FC-32R-E
…… 打印机选用 EPSON
2) 附属设备：
…… 强电柜一台，主要为各种动力设备提供电源、及各控制电源
…… 操作台一台
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……PLC 及放大器柜
…… 上料皮带控制箱
…… 传感器 10 套
…… 其他低压电器
3) 触摸屏画面的制作采用 TouchWin编辑工具软件完成。各画面画面包括各控制菜单及视频窗口，首页可由相关单位编写广告画面欢迎词或系统机型说明。本系统主要包含以下几项：
在主菜单画面中设计了 9 个画面选择开关 , 用于打开 9个不同功能的画面 , 画面分布 :
a) 流程控制 : 在生产过程中切换到此画面 , 用于生产流程监控和控制
b) 重量设定 : 主要是用于配方设定和修改
c) 时间设定 : 主要是用于搅拌机搅拌时间设定 , 配料抖动时间及提前量设定，下料顺序时间参数设定
d) 主控画面：在进行系统校验时用于主控系统运算的基本参数，这也是程序运算的核心，为了防止误修改在标定画面中加入了权限功能
e) 状态监控：真实反映现场的 I/O 状态，利于故障的检查和排除
f) 配方：用于存储配方和调用配方，在此系统中设计了 20 个配方
g) 数据列表：在生产过程中随时记录每一循环的称量数据，便于汇总查询和打印
h) 打印：根据数据报表的内容控制打印机，在本系统中采用的时针式打印机
i) 资料管理：主要是操作使用说明以及相关的接线信息
下面列举本系统几个主要画面：
在设计各画面控件时，在画面框中画出所需要的控件，进行大小比例调整，上色，进行属性连接，画面上的控件属性数据全部由下位机 PLC提供，TP 画面制作起来非常方便快捷，在实际运行过程中，若需在 TP画面中增加新的内容，如开关、菜单选择等，只需在设计软件中增加相应的项目传送至 TP 即可。
在 TP 和 PLC进行通讯和调试参数前，需特别注意以下几点：
a) 选择直接传送方式：选择直接通讯方式 ( 选择 PLC 类型及对应 I/O 地址 ), 该方式下 ,TP 直接读取或改写 PLC的数据寄存器和继电器内容 , 这样可以大大减轻 PLC 用户程序的负担 .
b) 系统数据区：当选择直接传送方式时 ,TP 内部寄存器首地址开始的数个数据寄存器被规定为系统数据区 , 系统数据完成画面切换等动作,TP 和 PLC 内部占用特定的寄存器区 , 完成各种功能．系统数据区是 TP 与 PLC 交换数据的媒体 ,TP 初始化时 ,需确定 PLC 系统数据区的的起始定义号．
6)PLC 的程序分三部分设计：传感器模拟量数据采集及处理、逻辑控制部分、报表处理部分。在实际应用中，可根据需要随时增加 PLC的功能，如：搅拌楼（站）附属设备的控制，皮带系统和水泥、煤灰脉冲系统等． PLC 实时采集传感称量值和输入信号 , 经逻辑运算后 ,由输出模块控制称量斗、搅拌机、螺旋输送机的启停以及报警等。程序设计思想和步骤 :a)要全面了解被控制对象的机构、运行过程等，并明确动作逻辑关系； b)根据系统功能要求（包括输入、输出信号数量的多少、性质、参数；选择 PLC 型号及各种附加配置，并有规则、有目的的分配输入、输出点；根据控制及流程要求，对应输入、输出开发相应应用程序； c ）连接 PLC 与外部设备连线 , 将编制完成的程序写入 PLC中，模拟工况运行，进行调试及修改； d) 在模拟调试成功后，接入现场实际控制系统中进行调试，直至完全通过为止 . FC系列编程工具是 bbbbbbS 环境下的 PLC 编程软件 ,利用本软件可以进行程序设计，编程实现，编写注释说明文档和维护控制应用系统 , 它可以用两种方式编程即梯形图编程和命令语编程 ,见下图：
料皮带由于在配料过程中频繁起动，在这里采用的是软起动器。其目的主要是保护电机和机械，另一方面是防止因频繁起动引起的电网电压冲击
五．结束语
本系统由于采用目前占有量较高，技术成熟的加拿大 TouchWin 公司的人机界面及 FC 系统可编程控制器，既使生产过程中 PLC控制系统硬件发生故障，也可以立即查明原因更换相应器件，大限度的缩小在线维修时间 , 在这种配置中，当 TP因在运行中出现意外故障，无法显示和监控时， PLC能单独完成一系列的工作，互不受影响，这样是防止当人机界面出现问题时，带来系统控制失灵。在系统界面设计过程中，比较多的考虑了用户的实际需求，界面操作简洁，明了。当生产过程硬件状态发生变化时，勿需修改软件，仅需在线进行简单参数设定既可，系统维护性强。