電氣電路的故障有哪些?電氣電路的故障分析和檢修方法

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(cè)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(guān)的觸點(diǎn)是否良好。在實(shí)際工作中，很多人往往忽略了這一步。如果設(shè)備的供電部分正常，這一步可以跳過。

2）檢查設(shè)備的輸入部分：在閉環(huán)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，如果沒有輸入信號(hào)或輸入信號(hào)不正常，則系統(tǒng)時(shí)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(diǎn)不正常或是繼電器的自保觸點(diǎn)接觸不良，電控系統(tǒng)也不能正常工作。如果所有的輸入信號(hào)顯示正常或功能控制按鈕及自保觸點(diǎn)正常則此 步跳過。

3）檢查設(shè)備的輸出部分：如果控制器的輸出信號(hào)有，但執(zhí)行器（如變頻器）不動(dòng)作，說明是執(zhí)行部分有問題或到執(zhí)行器的連線有問題。在電氣控制中，檢查輸出到 電動(dòng)機(jī)等用電設(shè)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(shè)備（或電動(dòng)機(jī)）自身有問題。如果控制器的輸出信號(hào)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(gè)部件出現(xiàn)的斷電或缺相，然后解決之。對(duì)于主控制器（如PLC），先單點(diǎn)檢查輸出口的動(dòng)作和輸出信號(hào)是否正常，如果正常再重點(diǎn)檢查程序看是哪里有問題。

遠(yuǎn)距離開關(guān)控制失靈的原因分析

用按鈕或PLC的開關(guān)輸出，控制遠(yuǎn)處交流電機(jī)（或設(shè)備）的起停。遠(yuǎn)端開關(guān)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(yuǎn)端開關(guān)控制失效電路

經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)，想關(guān)斷遠(yuǎn)方的交流接觸器時(shí)，卻關(guān)不了，原因分析如下：

由于開關(guān)K離交流接觸器KM距離較遠(yuǎn)，兩根電線很長(zhǎng)導(dǎo)致其分布電容C將變得較大。在交流電路中，這個(gè)分布電容中將有位移電流流過，即使開關(guān)K斷開也可能因KM維持能量不需要太大而導(dǎo)致KM不能釋放，設(shè)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(hào)遠(yuǎn)控。

2）在交流接觸器KM的線圈上并一個(gè)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(xiàn)場(chǎng)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(shù)超出了正常范圍，我們需要先確定故障的位置：

1）測(cè)量控制器或PLC的輸入端，看現(xiàn)場(chǎng)儀表或傳感器輸入的信號(hào)是否正常，如正常，則說明是PLC或控制器的輸入端（卡）出現(xiàn)了問題。

2）現(xiàn)場(chǎng)儀表或傳感器輸入的信號(hào)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(hào)線，用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器接入PLC或控制器的輸入端，發(fā)出標(biāo)準(zhǔn) 信號(hào)，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(xiàn)了問題；如果屏幕顯示變得正常，則可以初步判定為現(xiàn)場(chǎng)儀表或傳感器的故障。

3）如果現(xiàn)場(chǎng)沒有標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)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(xiàn)場(chǎng)儀表或傳感器故障。

4）觀察現(xiàn)場(chǎng)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(cè)量?jī)x表的電源端子，看是否有電壓信號(hào)，如果沒有電壓信號(hào)，可以初步判定為現(xiàn)場(chǎng)儀表或傳感器的電源方面出現(xiàn)了問題，進(jìn)一步測(cè)量供電電源，如電源正常，則可能為電源線斷線。

5）如果現(xiàn)場(chǎng)儀表或傳感器有電源信號(hào)，且生產(chǎn)過程的工藝參數(shù)也正常，而現(xiàn)場(chǎng)儀表或傳感器的輸出信號(hào)不正常，則可以判定為現(xiàn)場(chǎng)儀表或傳感器有故障，更換或拆下來維修。

傳感器輸出信號(hào)紊亂

傳感器到PLC（或其他控制器）的弱電信號(hào)，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(hào)，不論是電壓還是電流，經(jīng)過R、C阻容濾波，信號(hào)中的高頻干擾信號(hào)被濾掉，輸出的信號(hào)就平滑了。如果傳感器是電壓信號(hào)，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(hào)，則電阻R及PLC側(cè)的輸入電阻之和不能大于傳感器的最大負(fù)載電阻值， 多數(shù)情況下R≤500Ω，電容C的值為0.11~10μF。加入阻容濾波后，信號(hào)的反應(yīng)速度會(huì)變慢，對(duì)于反應(yīng)速度要求較高的場(chǎng)合（如快速精密傳動(dòng)），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(qiáng)大，目前PLC內(nèi)部板卡的集成化程度都已很高，分立元件已經(jīng)很少，并且分立元件也多為微封器件，所以現(xiàn)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(cè)量現(xiàn)場(chǎng)儀表或傳感器送來PLC的模擬輸入信號(hào)正常，而此信號(hào)在顯示屏上的數(shù)據(jù)顯示不正常，其他模擬輸入信號(hào)顯示正常，則可能是PLC或控制器的輸入有故障。

2）現(xiàn)場(chǎng)儀表或傳感器送來PLC的模擬輸入信號(hào)，在顯示屏上的數(shù)據(jù)顯示不正常，用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器替換模擬輸入信號(hào)連接到PLC，信號(hào)在顯示屏上的數(shù)據(jù)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(yīng)該有模擬輸出，例如某個(gè)輸入模擬信號(hào)變?。ɑ蜃兇螅r(shí)，一個(gè)模擬輸出信號(hào)應(yīng)該增大，而輸出端卻沒有模擬信號(hào)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(shù)據(jù)輸入功能給該模擬輸出端輸出一個(gè)固定的模擬信號(hào)，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(guān)量輸入信號(hào)PLC，但是PLC沒有反應(yīng)或顯示器沒有顯示，可先用萬用表測(cè)量輸入端，如果外面來的開關(guān)量輸入信號(hào)正常，則可以初步判定PLC的開關(guān)量輸入卡有故障。

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

7）PLC開關(guān)量信號(hào)沒有輸出，可以在顯示屏上用按鈕人工觸發(fā)該開關(guān)量，如果該開關(guān)量輸出信號(hào)依然沒有輸出，則可以初步判定該數(shù)字量輸出卡有故障。

8）如果PLC中的程序丟失（出現(xiàn)此故障的概率較低），一般會(huì)出現(xiàn)所有信號(hào)都不能正常輸入和輸出的現(xiàn)象，這時(shí)需要重新灌入程序。

PLC開關(guān)量輸入信號(hào)紊亂

有時(shí)PLC或其他控制器的開關(guān)量輸入由于受外界干擾影響，而瞬間輸入錯(cuò)誤，導(dǎo)致PLC產(chǎn)生誤動(dòng)作，這時(shí)就在PLC的輸入端并上一個(gè)0.1μF的小電容和一 個(gè)1MΩ的電阻來消除靜電感應(yīng)或電場(chǎng)耦合等干擾。消除開關(guān)量輸入的干擾如圖3所示。對(duì)于接+24V有效的輸入，電容和電阻是接地，對(duì)于0V有效的輸入，則 用電阻和電容并聯(lián)后接+24V。

電氣電路的故障分析和檢修方法

圖3 消除開關(guān)量輸入的干擾

利用軟件延時(shí)方法，也是不錯(cuò)的抗干擾方法。例如，I0.0信號(hào)易受干擾，用I0.0控制Q12.0復(fù)位的程序，可采用如下抗干擾程序。開關(guān)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(guān)量輸入的軟件抗干擾程序

此程序中，只有I0.0在連續(xù)3s內(nèi)合上，Q12.0才復(fù)位，I0.0上的干擾不可能維持這么長(zhǎng)時(shí)間，所以也就不對(duì)Q12.0產(chǎn)生作用了。實(shí)際使用時(shí)，T0的時(shí)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(dòng)機(jī)在變頻和工頻兩種運(yùn)行方式時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，則可能是進(jìn)線電源側(cè)L1，L2，L3的接線順序變化了，這多為變壓器或 配電室側(cè)故障維修人員粗心大意所致，對(duì)調(diào)變頻柜進(jìn)線側(cè)任意兩根電源線即可。變頻后，只有改變變頻器到電動(dòng)機(jī)的接線順序才會(huì)改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，進(jìn)線電源 側(cè)接線順序變化不影響電動(dòng)機(jī)變頻后的運(yùn)行方向。

2）經(jīng)常出現(xiàn)變頻器漏電停機(jī)報(bào)警故障，則可能是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)到變頻器的電纜過長(zhǎng)，或電纜進(jìn)入井下較潮濕的區(qū)域，由于電纜內(nèi)的金屬線與電纜處的大地構(gòu)成一分布 電容，變頻器的高頻諧波仍會(huì)形成位移電流進(jìn)入大地，即使絕緣再好的電纜也無濟(jì)于事。這時(shí)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(cè)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(dòng)機(jī)上使用無諧波變頻器。

3）經(jīng)常出現(xiàn)過電流故障時(shí)，先檢查電動(dòng)機(jī)所帶的負(fù)載是否過重，增加加速時(shí)間。

4）經(jīng)常出現(xiàn)過電壓故障時(shí)，增加減速時(shí)間。

5）經(jīng)常出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)不起來，可以試著改變變頻器轉(zhuǎn)矩提升參數(shù)，在靜態(tài)起動(dòng)阻力較大的情況下，采用自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升，水泵風(fēng)機(jī)則可采用二次方轉(zhuǎn)矩提升方式。

6）變頻器柜經(jīng)常出現(xiàn)溫度過高報(bào)警信號(hào)，一個(gè)原因是室溫環(huán)境溫度過高，需要增加空調(diào)設(shè)備或通風(fēng)設(shè)備，另一個(gè)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(xiàn)場(chǎng)的PLC都工作正常，而顯示器中的工藝參數(shù)有部分信號(hào)異常，則可以根據(jù)這些信號(hào)在通信總線上的位置大概判斷通信故障的位置，再進(jìn)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(xié)議為總線結(jié)構(gòu)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(zhǎng)距離。需要引起大家的 注意的是，每個(gè)接入總線的PLC、計(jì)算機(jī)等設(shè)備的連接線不允許采用從總線上直接并聯(lián)引出很長(zhǎng)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(duì)于有中繼器的情況，不允許相鄰兩個(gè)中繼器的分叉線有很長(zhǎng)的連接，否則都將會(huì)出現(xiàn)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(duì)于MPI總線，西門子說明書中并沒有限定運(yùn)行組態(tài)軟件PC的數(shù)量，但是根據(jù)筆者很久以前實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：在同一個(gè)MPI總線網(wǎng)絡(luò)中，不能有3臺(tái)以上的組態(tài)軟件PC運(yùn)行，最多3臺(tái)，否則會(huì)出現(xiàn)后開機(jī)的PC不能進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)場(chǎng)的視頻信號(hào)異常

變頻器的大量使用，對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的閉路電視監(jiān)控信號(hào)干擾十分嚴(yán)重，負(fù)責(zé)閉路電視工程的技術(shù)人員應(yīng)該考慮采取以下措施：

1）增加抗干擾的頻率變換裝置，把現(xiàn)場(chǎng)的視頻信號(hào)調(diào)制到變頻器的干擾波段之外，使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于干擾信號(hào)頻率，然后再接收端增加解調(diào)器把高頻信號(hào)再還原回正常的視頻信號(hào)。

2）減低變頻器的載波頻率，以降低變頻器的干擾分量。