切紙機PLC電源故障的分析與處理

方朝順

（廣東省粵東高級技工學校，廣東汕頭 515041）

切紙機械是印刷和包裝行業(yè)最常用設備之一。切紙機完成的最基本動作是把待裁切的紙送到指定位置，然后進行裁切。本文提及的印刷切紙機是用PLC高速計數器功能結合變頻器多段速功能實現定位控制，并利用人機界面進行裁切參數設定和完成手動操控的。送紙由進給電機控制，進給過程中，PLC接收到表征運送距離的脈沖數并與設定數值進行比較，當脈沖數與設定數值相等，即紙達到設定位置時，斷開進給電機電源，同時由電磁離合制動器對推進系統慣性進行剎車制動，實現精確定位。因切紙機應用了人機界面，一些手動動作，如前進、后退、換刀等都通過人機界面實現，不需占用PLC輸入點，因此設備制造廠家從實用、夠用的原則考慮，切紙機的PLC選用了三菱的FX1S-30MR小型機。

在應用PLC控制器的生產機械中，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故障卻是不可避免的。由于PLC控制器的供應公司對內部電路資料及技術保密的原因，一旦PLC出現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，這不利于設備維護和使用，影響用戶正常的生產，造成損失。因此生產企業(yè)本身的設備維護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 切紙機故障的出現

這是在筆者參加單位組織的“教師赴企業(yè)參加生產實踐活動”期間實踐企業(yè)（某印刷廠）的一次生產設備（切紙機）維修實例。切紙機出現故障后，通過向廠方切紙機設備操作人員了解詢問得知：該切紙機在工作過程中突然整機不能工作，人機界面上顯示的實時數據不正常，所有觸摸按鈕不起作用，但切紙機上電源指示正常。

2 故障檢查分析及排除過程

根據故障現象的特點，經外部檢查后決定通電再試，此時發(fā)現切紙機配電箱內的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220 V外部電源熔斷器2 A熔管熔絲已斷。進一步確認PLC 220 V輸入端子無短路現象后，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，仔細辨聽時，發(fā)現PLC內部伴有間歇性“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。

將該切紙機配電箱內的三菱PLC拆下，同時分解取出如圖1所示的PLC開關電源板并先做重點檢測，該PLC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輸出已經由假負載代替，懷疑輸出整流濾波回路存在嚴重的過載或短路，進而拆下濾波電容器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)現阻值很小，表明已經嚴重漏電，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線路，再通電試車，切紙機完全恢復正常工作。

圖1 三菱FX1S-30MR的PLC開關電源板

3 PLC電源故障排除總結

為更清楚地表達上述切紙機故障分析排除過程，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，本人通過對電路實板的測量和查閱相關資料繪制出圖2所示的開關電源電路原理圖。下面結合圖2簡述一下PLC開關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，此直流電壓一路經開關變壓器TB1繞組1加至IC1功率振蕩模塊STRG6551的1腳，給內接功率開關管(MOS)的源極加電，另一路經R1、R11、D5獲得30 V穩(wěn)定電壓，再經R12、C8、C12送入IC1的4腳，提供起振電壓和電流。開關變壓器TBl的繞組2的輸出經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提供的電壓基準進行比較，比較結果通過光耦器PC1送入IC1的5腳（反饋電壓輸入腳），控制開關管通斷頻率，從而實現穩(wěn)定輸出電壓。

R2是IC1內部CMOS開關管工作電流采樣電阻，若R2上壓降到達某一閥值時，IC1電路停振保護；當輸入電壓過高、電壓采樣電路出現異?；駾1擊穿時，電壓會被送入IC1的5腳，使開關電源停振，保護了后續(xù)電路不致于損壞。D6并接于TB1線圈1，起續(xù)流作用，對IC1進行保護。

3.2 PLC開關電源故障維修總結

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

圖2 三菱FX1s-30MR的PLC開關電源電路原理圖[2]

本文中切紙機的PLC控制器故障現象是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開關電源出現故障，使電源無輸出。電源無輸出的主要原因有：STRG6551中的開關管損壞、電源本身停振、負載過重導致保護電路動作、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，可分幾步進行。

（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)生在開關變壓器之前的電路部分。檢查時應先觀察印制板上有無發(fā)黑、碳化、斷裂的器件或區(qū)域，若有則應首先進行清理和更換。然后重點檢查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。可接著將穩(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、負載回路也基本正常，應重點檢查穩(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，而使開關管停振；D6擊穿漏電，相當開關壓器并聯了一個極重的負載，使感生電壓幅度不足而停振；Rl、R11、D5、C8、C12起振回路參數變異或IC1中的開關管不良。此時需要進一步檢查確認。

（4）在本文實例中PLC控制器出現有間歇性“吱吱”聲的故障，此為開關電源典型故障，這時為確定故障具體部位，可用“假負載法”檢查。方法是先斷開負載回路，用一合適的假負載（如燈泡）代替，然后再試，若“吱吱”聲消失、輸出電壓正常，則故障就在負載回路。本文切紙機PLC控制器的故障原因就是負載側電路C10嚴重漏電引起故障的，當D4、C10不良或后續(xù)電路有短路故障，就會使開關管電流采樣電阻上壓降升高，電路表現為停振或起振困難，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）“假負載法”：在采用時，應特別注意幾個問題：①斷開負載，接入假負載時，應清楚要斷開哪里，是只斷開了輸出電路，還是連同某些保護電路也同時斷開了，切不可將取樣電路也斷開；②“假負載”不是實際電源負載，接入假負載時，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小于或等于其實際阻值。通過測二極管、三級管的PN結正、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。

4 結束語

當PLC控制器出現故障后，許多情況下是可以修復的，不要動不動就將其報廢掉。在本次印刷切紙機故障維修中，因能找到故障的原因，迅速排除故障，前后不夠1.5小時就恢復了系統的運行，使生產只受較小的影響。若將PLC送修，據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，希望本文的維修實例能給讀者提供參考。同時應強調的是，PLC的維修應重點放在平時（以防為主），不要等到出現嚴重故障時再進行維修，定期對PLC系統進行維護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開關電源維修［EB/OL］.http：//wenku.baidu.com.2012.

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

［5］三菱電機.FX1S微型可編程序控制器使用手冊［Z］.2006.