虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。

影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有：

1、造成传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害），当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错。

2、机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制结果。

3、现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。

影响执行机构出错的主要原因有：

1、控制负载的接触不能可靠动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作。

2、控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作。

3、各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。

要提高整个控制系统的可靠性，必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障，让系统安全、可靠、正确地工作。

二、设计完善的故障报警系统

 根据以上PLC会遇到的不同场景及可能发生的问题，我们可以根据不同的问题进行简单的分析进行解决:
        在自动控制系统的设计中我们设计了3级故障显示报警系统，1级设置在控制现场各控制柜面板，用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障复位/灯测试按钮，系统运行任何时间持续按该按钮3s，所有指示灯应全部点亮，如果这时有指示等不亮说明该指示灯已坏，应立即更换，改按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。2级故障显示设置在中心控制室大屏幕监视器上，当设备出现故障时，有文字显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁，历史事件表中将记录该故障。3级故障显示设置在中心控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统可靠性运行水平。

三、故障动态检测              （西门子S7-1500系列PLC产品）

系统工作过程中，敏感元件、控制元件及控制器本身随时都可能出现故障和错误。为了能及时检测到故障的存在，系统通过软件的设计实现系统运行过程中对故障的实时动态检测。

该设备的控制系统实质上是一个系统状态的顺序控制过程，基于PLC特殊的周期扫描运行机制，控制程序的设计通过3个功能模块的设计来完成：输入信号检测模块，完成对外部各开关量和模拟量反馈信号的检测及转换；系统状态转换模块，检测信号、历史状态和实际要求，确定系统的当前状态；输出信号转换模块，根据系统当前状态，确定各控制信号的状态。PLC在一个扫描周期内依次执行上述3个功能，在扫描周期的***后，实现对输出端口的刷新，完成系统控制功能。实现故障的动态检测功能就是在上述3个功能模块后，加入故障检测模块，以判断整个控制过程是否正常，故障动态检测和处理过程如图2所示。

图2 故障动态检测及处理过程示意图

1、输入信号相容性检查

控制器的外部开关量和模拟量输入信号，由于噪声、干忧、开关的误动作、模拟量信号误差等因素的影响，不可避免会形成输入信号的错误，引起程序判断的失误，造成事故。因此在PLC完成对输入信号的检测后，要对其正确性进行检查，主要是进行输入信号的相容性检查，包括：开关信号之间的状态是否矛盾，模拟量值的变化范围是否正常、开关
量信号与模拟量信号之间是否一致，以及各信号的时序关系是否正确。

图3 对开关信号逻辑关系的检查

以两个状态相反的开关信号为例，在PLC的一个扫描周期内，两个信号不可能同时为”1”，也不可能同时为”0”。可以根据此类开关信号相互间的逻辑关系，通过梯形图的编制来判断敏感元件或电路是否存在故障。图3中，X00010和X00011为故障标志位，当两个输入信号同时为“0”或同时为“1”时，3000为“1”，此信号锁存，以便故障处理程序进行查询。

四、故障的分级处理

对故障信息是通过分级进行处理的（参见图2）：

1、一级故障：

可能产生严重后果的故障，如“多一”故障等，要求系统立即停机，并向操作人员声光报警。当故障检测软件检测到一级故障时，由故障处理模块直接控制PLC输出端口的状态。

2、二级故障：

可能对控制过程产生影响，软件无法进行自纠正的故障，控制程序将转入暂停，各输出端口置为初始状态，并向操作人员声光报警，操作人员处理后，再继续执行程序。

3、三级故障：

对控制过程不立即产生影响，由故障处理程序进行自纠正处理，并通过信号输出模块屏蔽错误信号，同时向操作人员作声报警。一段时间后，如故障仍然存在，则故障升级。

4、四级故障：

程序检测到的一般性错误或异常，只记忆并向操作人员作出相应的指示，控制程序继续执行。

五、结论

在系统硬件设计的基础上，通过软件方法实现对控制系统故障的检测与处理是提高系统可靠性和容错能力，避免和减少故障影响的重要一环。本文所述方法是根据PLC控制系统的特点，通过梯形图软件的设计实现故障的自检测和自处理功能，这是一种经济、灵活和易于实现的方法.

（本文摘自网络，若您还想了解更多西门子PLC产品信息，欢迎前来咨询合作！）