電氣電路的故障分析

電氣電路的故障分析順序一般是這樣的：

1）首先是分析供電電源部分：測量電源看有沒有電或缺相，如果電源不正常，看一下供電電源的斷路器是否跳閘，二次控制電路的熔斷器或熔絲是否燒斷，電源開關的觸點是否良好。在實際工作中，很多人往往忽略了這一步。如果設備的供電部分正常，這一步可以跳過。

2）檢查設備的輸入部分：在閉環的自動控制系統中，如果沒有輸入信號或輸入信號不正常，則系統時無法正常工作的。檢查輸入傳感器是否故障或斷線，在電氣控 制中，如果功能輸入按鈕觸點不正常或是繼電器的自保觸點接觸不良，電控系統也不能正常工作。如果所有的輸入信號顯示正常或功能控制按鈕及自保觸點正常則此 步跳過。

3）檢查設備的輸出部分：如果控制器的輸出信號有，但執行器（如變頻器）不動作，說明是執行部分有問題或到執行器的連線有問題。在電氣控制中，檢查輸出到 電動機等用電設備去的電源是否正常，有無缺相問題，如果正常，說明是用電設備（或電動機）自身有問題。如果控制器的輸出信號正常，則跳過此步。

4）檢查中間電路及主控制器：由電源開始按從上向下的順序檢查中間電路，看到底是哪個部件出現的斷電或缺相，然后解決之。對于主控制器（如PLC），先單點檢查輸出口的動作和輸出信號是否正常，如果正常再重點檢查程序看是哪里有問題。

遠距離開關控制失靈的原因分析

用按鈕或PLC的開關輸出，控制遠處交流電機（或設備）的起停。遠端開關控制失效電路如圖1所示。

電氣電路的故障分析和檢修方法

圖1 遠端開關控制失效電路

經常會發現，想關斷遠方的交流接觸器時，卻關不了，原因分析如下：

由于開關K離交流接觸器KM距離較遠，兩根電線很長導致其分布電容C將變得較大。在交流電路中，這個分布電容中將有位移電流流過，即使開關K斷開也可能因KM維持能量不需要太大而導致KM不能釋放，設備停不下來，這種情況可以采用如下解決方法：

1）可以用直流信號遠控。

2）在交流接觸器KM的線圈上并一個電燈或是電阻，使分布電容流過的電流不足以再維持線圈的吸合。

現場儀表的故障分析

如果顯示屏、觸摸屏和PC屏幕上顯示的工藝參數超出了正常范圍，我們需要先確定故障的位置：

1）測量控制器或PLC的輸入端，看現場儀表或傳感器輸入的信號是否正常，如正常，則說明是PLC或控制器的輸入端（卡）出現了問題。

2）現場儀表或傳感器輸入的信號如不正常，可以采用以下方法判別故障位置：拆除傳感器輸入信號線，用標準信號發生器接入PLC或控制器的輸入端，發出標準 信號，如果屏幕顯示依然不正常，可以斷定為PLC或控制器的輸入端（卡）出現了問題；如果屏幕顯示變得正常，則可以初步判定為現場儀表或傳感器的故障。

3）如果現場沒有標準信號發生器，也可以先把工作正常的儀表接過來試一下，看屏幕顯示是否正常，如仍不正常，則可以斷定為現場儀表或傳感器故障。

4）觀察現場儀表或傳感器的接線是否有脫落，如沒有脫落，則用萬用表測量儀表的電源端子，看是否有電壓信號，如果沒有電壓信號，可以初步判定為現場儀表或傳感器的電源方面出現了問題，進一步測量供電電源，如電源正常，則可能為電源線斷線。

5）如果現場儀表或傳感器有電源信號，且生產過程的工藝參數也正常，而現場儀表或傳感器的輸出信號不正常，則可以判定為現場儀表或傳感器有故障，更換或拆下來維修。

傳感器輸出信號紊亂

傳感器到PLC（或其他控制器）的弱電信號，可采用阻容濾波的方式來減少干擾的影響。阻容濾波如圖2所示。

電氣電路的故障分析和檢修方法

圖2 阻容濾波

傳感器的輸出信號，不論是電壓還是電流，經過R、C阻容濾波，信號中的高頻干擾信號被濾掉，輸出的信號就平滑了。如果傳感器是電壓信號，電阻R可以大一 些，1kΩ至幾百千歐均可，電容C從0.1~10μF。如果傳感器輸出的是電流信號，則電阻R及PLC側的輸入電阻之和不能大于傳感器的最大負載電阻值， 多數情況下R≤500Ω，電容C的值為0.11~10μF。加入阻容濾波后，信號的反應速度會變慢，對于反應速度要求較高的場合（如快速精密傳動），不能 這樣處理。

PLC控制柜的故障分析

由于集成電路的功能日益強大，目前PLC內部板卡的集成化程度都已很高，分立元件已經很少，并且分立元件也多為微封器件，所以現在的PLC或控制器的維修方法也主要是以更換故障板卡為主。其故障分析方法如下：

1）如果用萬用表測量現場儀表或傳感器送來PLC的模擬輸入信號正常，而此信號在顯示屏上的數據顯示不正常，其他模擬輸入信號顯示正常，則可能是PLC或控制器的輸入有故障。

2）現場儀表或傳感器送來PLC的模擬輸入信號，在顯示屏上的數據顯示不正常，用標準信號發生器替換模擬輸入信號連接到PLC，信號在顯示屏上的數據顯示也不正常，則可以判定該輸入端已燒毀或該卡已損壞，需更換輸入卡。

3）如果PLC或控制器的程序中可以斷定應該有模擬輸出，例如某個輸入模擬信號變小（或變大）時，一個模擬輸出信號應該增大，而輸出端卻沒有模擬信號輸出，則可能是該輸出卡有故障，該輸出端已燒毀或該卡已損壞，需要更換輸出卡。

4）PLC或控制器的模擬輸出不正常，利用顯示屏的數據輸入功能給該模擬輸出端輸出一個固定的模擬信號，如果該模擬輸出端依然輸出異常，則可以初步判定該輸出卡有故障。

5）開關量輸入信號PLC，但是PLC沒有反應或顯示器沒有顯示，可先用萬用表測量輸入端，如果外面來的開關量輸入信號正常，則可以初步判定PLC的開關量輸入卡有故障。

6）外部開關量輸入信號輸入到PLC，PLC沒有反應或顯示器沒有顯示，可將該輸入端接線拆下，人為輸入一個高電平或低電平，如果開關量輸入信號依然沒有正常顯示，則可初步判定PLC的開關量輸入卡有故障。

7）PLC開關量信號沒有輸出，可以在顯示屏上用按鈕人工觸發該開關量，如果該開關量輸出信號依然沒有輸出，則可以初步判定該數字量輸出卡有故障。

8）如果PLC中的程序丟失（出現此故障的概率較低），一般會出現所有信號都不能正常輸入和輸出的現象，這時需要重新灌入程序。

PLC開關量輸入信號紊亂

有時PLC或其他控制器的開關量輸入由于受外界干擾影響，而瞬間輸入錯誤，導致PLC產生誤動作，這時就在PLC的輸入端并上一個0.1μF的小電容和一 個1MΩ的電阻來消除靜電感應或電場耦合等干擾。消除開關量輸入的干擾如圖3所示。對于接+24V有效的輸入，電容和電阻是接地，對于0V有效的輸入，則 用電阻和電容并聯后接+24V。

電氣電路的故障分析和檢修方法

圖3 消除開關量輸入的干擾

利用軟件延時方法，也是不錯的抗干擾方法。例如，I0.0信號易受干擾，用I0.0控制Q12.0復位的程序，可采用如下抗干擾程序。開關量輸入的軟件抗干擾程序如圖4所示。

電氣電路的故障分析和檢修方法

圖4 開關量輸入的軟件抗干擾程序

此程序中，只有I0.0在連續3s內合上，Q12.0才復位，I0.0上的干擾不可能維持這么長時間，所以也就不對Q12.0產生作用了。實際使用時，T0的時間可以更短一些。

變頻器的故障分析

1）在變頻控制柜中，如果電動機在變頻和工頻兩種運行方式時，電動機轉動方向相反，則可能是進線電源側L1，L2，L3的接線順序變化了，這多為變壓器或 配電室側故障維修人員粗心大意所致，對調變頻柜進線側任意兩根電源線即可。變頻后，只有改變變頻器到電動機的接線順序才會改變電動機的旋轉方向，進線電源 側接線順序變化不影響電動機變頻后的運行方向。

2）經常出現變頻器漏電停機報警故障，則可能是因為電動機到變頻器的電纜過長，或電纜進入井下較潮濕的區域，由于電纜內的金屬線與電纜處的大地構成一分布 電容，變頻器的高頻諧波仍會形成位移電流進入大地，即使絕緣再好的電纜也無濟于事。這時可以采取以下措施：減低變頻器的載波頻率以減小位移電流值，在變頻 器輸出側增加輸出電抗器以降低變頻器輸出電路中的高頻分量，在高壓電動機上使用無諧波變頻器。

3）經常出現過電流故障時，先檢查電動機所帶的負載是否過重，增加加速時間。

4）經常出現過電壓故障時，增加減速時間。

5）經常出現電動機起動不起來，可以試著改變變頻器轉矩提升參數，在靜態起動阻力較大的情況下，采用自動轉矩提升，水泵風機則可采用二次方轉矩提升方式。

6）變頻器柜經常出現溫度過高報警信號，一個原因是室溫環境溫度過高，需要增加空調設備或通風設備，另一個原因是變頻器的散熱片上灰塵或飛絮過程，需要定期清掃。

通信故障分析

1）如果現場的PLC都工作正常，而顯示器中的工藝參數有部分信號異常，則可以根據這些信號在通信總線上的位置大概判斷通信故障的位置，再進一步判斷是通信模塊故障，還是通信總線故障。

2）以RS-485硬件協議為總線結構的很多總線，如MPI、PROFIBUS、CAN等，它的通信距離通過光纖或電纜可以延伸很長距離。需要引起大家的 注意的是，每個接入總線的PLC、計算機等設備的連接線不允許采用從總線上直接并聯引出很長距離的方式。通信總線不允許分叉連接如圖5所示

電氣電路的故障分析和檢修方法

圖5 通信總線不允許分叉連接

3）對于有中繼器的情況，不允許相鄰兩個中繼器的分叉線有很長的連接，否則都將會出現通信不正常的問題。通信總線的中繼器連接如圖6所示

電氣電路的故障分析和檢修方法

圖6 通信總線的中繼器連接

4）對于MPI總線，西門子說明書中并沒有限定運行組態軟件PC的數量，但是根據筆者很久以前實驗的結果：在同一個MPI總線網絡中，不能有3臺以上的組態軟件PC運行，最多3臺，否則會出現后開機的PC不能進入網絡。

現場的視頻信號異常

變頻器的大量使用，對于工業現場的閉路電視監控信號干擾十分嚴重，負責閉路電視工程的技術人員應該考慮采取以下措施：

1）增加抗干擾的頻率變換裝置，把現場的視頻信號調制到變頻器的干擾波段之外，使其遠遠高于干擾信號頻率，然后再接收端增加解調器把高頻信號再還原回正常的視頻信號。

2）減低變頻器的載波頻率，以降低變頻器的干擾分量。