方朝順

（廣東省粵東高級技工學(xué)校，廣東汕頭 515041）

切紙機(jī)械是印刷和包裝行業(yè)最常用設(shè)備之一。切紙機(jī)完成的最基本動作是把待裁切的紙送到指定位置，然后進(jìn)行裁切。本文提及的印刷切紙機(jī)是用PLC高速計(jì)數(shù)器功能結(jié)合變頻器多段速功能實(shí)現(xiàn)定位控制，并利用人機(jī)界面進(jìn)行裁切參數(shù)設(shè)定和完成手動操控的。送紙由進(jìn)給電機(jī)控制，進(jìn)給過程中，PLC接收到表征運(yùn)送距離的脈沖數(shù)并與設(shè)定數(shù)值進(jìn)行比較，當(dāng)脈沖數(shù)與設(shè)定數(shù)值相等，即紙達(dá)到設(shè)定位置時，斷開進(jìn)給電機(jī)電源，同時由電磁離合制動器對推進(jìn)系統(tǒng)慣性進(jìn)行剎車制動，實(shí)現(xiàn)精確定位。因切紙機(jī)應(yīng)用了人機(jī)界面，一些手動動作，如前進(jìn)、后退、換刀等都通過人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)，不需占用PLC輸入點(diǎn)，因此設(shè)備制造廠家從實(shí)用、夠用的原則考慮，切紙機(jī)的PLC選用了三菱的FX1S-30MR小型機(jī)。

在應(yīng)用PLC控制器的生產(chǎn)機(jī)械中，PLC作為一種重要的工業(yè)控制裝置，它的軟件和硬件技術(shù)都比較成熟，工作可靠性高，故障率低，但作為一種電器工作過程出現(xiàn)故障卻是不可避免的。由于PLC控制器的供應(yīng)公司對內(nèi)部電路資料及技術(shù)保密的原因，一旦PLC出現(xiàn)故障一般只能交還原公司維修或更換，維修周期長且成本高，這不利于設(shè)備維護(hù)和使用，影響用戶正常的生產(chǎn)，造成損失。因此生產(chǎn)企業(yè)本身的設(shè)備維護(hù)人員能否掌握一定的PLC硬件故障排除能力就顯得非常的重要。

1 切紙機(jī)故障的出現(xiàn)

這是在筆者參加單位組織的“教師赴企業(yè)參加生產(chǎn)實(shí)踐活動”期間實(shí)踐企業(yè)（某印刷廠）的一次生產(chǎn)設(shè)備（切紙機(jī)）維修實(shí)例。切紙機(jī)出現(xiàn)故障后，通過向廠方切紙機(jī)設(shè)備操作人員了解詢問得知：該切紙機(jī)在工作過程中突然整機(jī)不能工作，人機(jī)界面上顯示的實(shí)時數(shù)據(jù)不正常，所有觸摸按鈕不起作用，但切紙機(jī)上電源指示正常。

2 故障檢查分析及排除過程

根據(jù)故障現(xiàn)象的特點(diǎn)，經(jīng)外部檢查后決定通電再試，此時發(fā)現(xiàn)切紙機(jī)配電箱內(nèi)的PLC控制器上的電源指示燈不亮，用萬用表檢查控制器交流220 V輸入端L、N間的電源電壓為零，再順著線路檢查，發(fā)現(xiàn)220 V外部電源熔斷器2 A熔管熔絲已斷。進(jìn)一步確認(rèn)PLC 220 V輸入端子無短路現(xiàn)象后，卸解去PLC控制器輸出外接電路，更換熔管，通電再試，此時測得220 V輸入端子的電源電壓正常了，但PLC控制器上的電源指示燈仍然不亮，仔細(xì)辨聽時，發(fā)現(xiàn)PLC內(nèi)部伴有間歇性“吱吱”聲，初步判斷是PLC控制器有故障，而且其電源電路部分故障可能性最大。

將該切紙機(jī)配電箱內(nèi)的三菱PLC拆下，同時分解取出如圖1所示的PLC開關(guān)電源板并先做重點(diǎn)檢測，該P(yáng)LC的電源電路板通過插針與主板插座連接。通過對電路板的仔細(xì)觀察和萬用表的輔助測量，得出了插座各針腳功能。其中插針的2、3腳為工頻220 V電源輸入；5、6腳為24 V輸出，給PLC主板供電；4、7腳是X端子的DC24 V電源。搞清楚了插座針腳后，就開始對電路進(jìn)行檢查[1-2]。將端子5、6腳間接一只24 V/5 W燈泡，做為假負(fù)載。2、3腳輸入220 V電源，此時仍可聽到間歇性“吱吱”聲（由開關(guān)變壓器發(fā)出），燈泡不亮。至此，可以確定故障就在電源電路上，因5、6腳為24 V輸出已經(jīng)由假負(fù)載代替，懷疑輸出整流濾波回路存在嚴(yán)重的過載或短路，進(jìn)而拆下濾波電容器C10，再試，“吱吱”聲消失，燈泡亮，輸出正常。用萬用表電阻檔檢查C10發(fā)現(xiàn)阻值很小，表明已經(jīng)嚴(yán)重漏電，更換同規(guī)格電容器后試電，電源板工作正常，將PLC恢復(fù)安裝并試電也正常[3]。到這里，PLC的故障排除完畢，接著還原連接好切紙機(jī)線路，再通電試車，切紙機(jī)完全恢復(fù)正常工作。

圖1 三菱FX1S-30MR的PLC開關(guān)電源板

3 PLC電源故障排除總結(jié)

為更清楚地表達(dá)上述切紙機(jī)故障分析排除過程，以及為后續(xù)PLC電源故障維修積累資料、為其他同行提供參考，本人通過對電路實(shí)板的測量和查閱相關(guān)資料繪制出圖2所示的開關(guān)電源電路原理圖。下面結(jié)合圖2簡述一下PLC開關(guān)電源電路的工作原理和故障分析處理方法。

3.1 三菱FX1s-30MR的PLC開關(guān)電源電路工作原理

交流220V電源從PLC電源板2、3針腳輸入，經(jīng)快速熔斷器F1、C1、Ll、C2及C4濾波電路后由DS1、C5整流濾波得到約280 V直流電壓，此直流電壓一路經(jīng)開關(guān)變壓器TB1繞組1加至IC1功率振蕩模塊STRG6551的1腳，給內(nèi)接功率開關(guān)管(MOS)的源極加電，另一路經(jīng)R1、R11、D5獲得30 V穩(wěn)定電壓，再經(jīng)R12、C8、C12送入IC1的4腳，提供起振電壓和電流。開關(guān)變壓器TBl的繞組2的輸出經(jīng)R8、C15、D3整流及濾波后為IC1提供工作電源，PLC的主電源由TBl的繞組3輸出經(jīng)D4、C10、C16整流濾波后獲得。R9用于對輸出電壓采樣后與24 V穩(wěn)壓器件IC2提供的電壓基準(zhǔn)進(jìn)行比較，比較結(jié)果通過光耦器PC1送入IC1的5腳（反饋電壓輸入腳），控制開關(guān)管通斷頻率，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出電壓。

R2是IC1內(nèi)部CMOS開關(guān)管工作電流采樣電阻，若R2上壓降到達(dá)某一閥值時，IC1電路停振保護(hù)；當(dāng)輸入電壓過高、電壓采樣電路出現(xiàn)異常或D1擊穿時，電壓會被送入IC1的5腳，使開關(guān)電源停振，保護(hù)了后續(xù)電路不致于損壞。D6并接于TB1線圈1，起續(xù)流作用，對IC1進(jìn)行保護(hù)。

3.2 PLC開關(guān)電源故障維修總結(jié)

在PLC的硬件故障中，開關(guān)電源的故障率比較高，為能給其他人員進(jìn)行故障維修時提供參考，現(xiàn)將開關(guān)電源故障排除的思路和方法總結(jié)如下。

圖2 三菱FX1s-30MR的PLC開關(guān)電源電路原理圖[2]

本文中切紙機(jī)的PLC控制器故障現(xiàn)象是PLC控制器上的電源（POWER）指示燈不亮，這種故障除了供電電源輸入異常外，就是PLC開關(guān)電源出現(xiàn)故障，使電源無輸出。電源無輸出的主要原因有：STRG6551中的開關(guān)管損壞、電源本身停振、負(fù)載過重導(dǎo)致保護(hù)電路動作、控制電路失常等。為縮小故障范圍，確定具體故障回路和故障點(diǎn)，可分幾步進(jìn)行。

（1）先檢查外部220 V供電是否正常、Fl保險絲是否熔斷、THl是否斷路。這里有一種常見故障是通電就燒保險管。通電就燒保險管的故障，一般發(fā)生在開關(guān)變壓器之前的電路部分。檢查時應(yīng)先觀察印制板上有無發(fā)黑、碳化、斷裂的器件或區(qū)域，若有則應(yīng)首先進(jìn)行清理和更換。然后重點(diǎn)檢查C2、C5、DS1、D5、C8乃IC1是否有漏電或擊穿，最好能用替換法進(jìn)行判斷，因有的器件只有在高電壓的作用下才暴露出問題，用萬用表電阻法檢查是無法判斷的。接著檢測D5和DS1是否被擊穿，開關(guān)變壓器的初級的級間短路也是檢查的范圍。

（2）若外部220 V供電、Fl和THl正常?？山又鴮⒎€(wěn)壓回路開路，看電源電路能否起振，若能起振，說明滿足起振條件的四個回路：直流280 V供電回路、振蕩回路、正反饋和工作電源供給回路正常、負(fù)載回路也基本正常，應(yīng)重點(diǎn)檢查穩(wěn)壓回路[4]。

（3）若仍不能起振，說明故障在上述的四個回路中。實(shí)際修理時,可用萬用表打電壓擋接在IC1的4腳與地之間，觀察表針有無擺動。如果萬用表表針擺動，則說明電源高壓及振蕩電路工作基本正常，只是處于自保狀態(tài)。若沒有閃爍擺動，則說明電源未起振，這時可先檢查IC1的1腳有無280 V左右的直流電壓。若有則檢查反饋供電D3、C15、R8和變壓器TB1繞組2間有無回路，若這些器件都正常，則有可能是IC1已損壞。如果IC1的1腳有280 V左右的直流電壓，再測C5兩端有無電壓。若有，則變壓器繞組1有可能斷路；若無，再檢查橋堆DS1是否斷路，交流端有無220 V左右的交流電壓。

常見的故障有：保護(hù)電路異常，如D1擊穿，將主回路電壓直接加到IC1的5腳，而使開關(guān)管停振；D6擊穿漏電，相當(dāng)開關(guān)壓器并聯(lián)了一個極重的負(fù)載，使感生電壓幅度不足而停振；Rl、R11、D5、C8、C12起振回路參數(shù)變異或IC1中的開關(guān)管不良。此時需要進(jìn)一步檢查確認(rèn)。

（4）在本文實(shí)例中PLC控制器出現(xiàn)有間歇性“吱吱”聲的故障，此為開關(guān)電源典型故障，這時為確定故障具體部位，可用“假負(fù)載法”檢查。方法是先斷開負(fù)載回路，用一合適的假負(fù)載（如燈泡）代替，然后再試，若“吱吱”聲消失、輸出電壓正常，則故障就在負(fù)載回路。本文切紙機(jī)PLC控制器的故障原因就是負(fù)載側(cè)電路C10嚴(yán)重漏電引起故障的，當(dāng)D4、C10不良或后續(xù)電路有短路故障，就會使開關(guān)管電流采樣電阻上壓降升高，電路表現(xiàn)為停振或起振困難，即間歇振蕩發(fā)出“吱吱”聲，而使電源做出停振動作。

（5）兩種故障檢修方法的說明

1）“假負(fù)載法”：在采用時，應(yīng)特別注意幾個問題：①斷開負(fù)載，接入假負(fù)載時，應(yīng)清楚要斷開哪里，是只斷開了輸出電路，還是連同某些保護(hù)電路也同時斷開了，切不可將取樣電路也斷開；②“假負(fù)載”不是實(shí)際電源負(fù)載，接入假負(fù)載時，電源輸出正常，不能百分之百地說明電源正常，同樣，接入假負(fù)載時，電源輸出電壓比正常低也不能完全說明電源不正常。

2）電阻法：這是應(yīng)用最廣泛的檢測方法之一，也是最安全的。電阻法分在線測量和開路測量兩種。在線測量的元件阻值應(yīng)小于或等于其實(shí)際阻值。通過測二極管、三級管的PN結(jié)正、反向阻值，集成電路的引腳對地阻值，電阻阻值，電感元件的通斷，電容的充放電情況等，可判斷元件是否開路、擊穿短路、虛焊或變質(zhì)。

4 結(jié)束語

當(dāng)PLC控制器出現(xiàn)故障后，許多情況下是可以修復(fù)的，不要動不動就將其報(bào)廢掉。在本次印刷切紙機(jī)故障維修中，因能找到故障的原因，迅速排除故障，前后不夠1.5小時就恢復(fù)了系統(tǒng)的運(yùn)行，使生產(chǎn)只受較小的影響。若將PLC送修，據(jù)廠方人員介紹至少需要一個星期的時間，若是購買更換新的PLC，則將花費(fèi)1 500元左右，而本次維修只是更換了不足1元的電容器，因此維護(hù)人員掌握PLC硬件故障的診斷和排除方法是非常重要和必要的。但是，由于目前PLC生產(chǎn)商對維修資料的封鎖及專用元器件的使用，給維修工作增加了許多困難，希望本文的維修實(shí)例能給讀者提供參考。同時應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，PLC的維修應(yīng)重點(diǎn)放在平時（以防為主），不要等到出現(xiàn)嚴(yán)重故障時再進(jìn)行維修，定期對PLC系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和檢查顯得更加重要。

［1］百度文庫.STR-G6651、SE024N PDF資料［EB/OL］.http：//wenku.baidu.com.2010.

［2］曠野之雪.三菱PLC開關(guān)電源圖紙及檢修［EB/OL］.http：//wenku.baidu.com.2008.

［3］曠野之雪.歐姆龍PLC開關(guān)電源維修［EB/OL］.http：//wenku.baidu.com.2012.

［4］百度文庫.變頻器開關(guān)電源故障檢修五例［EB/OL］.http：//wenku.baidu.com.2011.

［5］三菱電機(jī).FX1S微型可編程序控制器使用手冊［Z］.2006.