技术中心资深电气工程师考试案例分析题

技术中心资深电气工程师考试案例分析题 1，某码头有一台50吨龙门起重机其中控制系统由可编程控制器、接触器及主令电器等组成，由于某种原因使得该起重机出现故障，故障现象为，当小车移动时主吊钩无法升降。假设所有纯机械部件及结构等没有问题。请逐步分析判断该起重机故障点，要求在分析中明确指出电气控制系统的主要组成。同时要求故障分析具有一定的逻辑性和条理性。

标准答案：

1) 主要组成

电源及电源开关、导线及接线端子、继电器、接触器、变频器、限位开关、指示元件、安全保护装置、PLC控制器包括（I\\O回路、电源模块、输入输出模块、控制程序）、元器件固定板。 2) 故障点判断

主钩电源故障（保险断、电源线接触不良、

PLC受变频器干扰、接地故障：现象系统能够正常工作，但PLC主机屏幕数字连续跳动，并伴有噪声出现

其他电磁信号干扰故障 四内部电源问题使数据丢失 输入输出模块故障

一． 电源故障现象：在使用PLC控制的电动机械中频繁出现电压不稳、电源受到干扰、系统不能正常工作。

故障原因分析：超高温、PLC供电线路与其它大功率设备或强电磁干扰设备（高频炉、弧焊机）共用。该故障出现主要为电源问题，而电源问题排除外部供电电压的问题，主要为接触不良、绝缘问题或线损压降过大等。

电源部分是PLC中故障率较高的部分，外部供电过欠一般表现在面板“power”灯熄灭或闪烁，调出CX-PROGRAMME显示“电源错误”。

故障排除：1检查PLC及其输入输出模块操作手柄以及信号开关供电电源电压，检查接线端子，灰尘过多，清扫吹灰，接线端子松动，紧固螺栓，供电线路老化，绝缘损坏，导致相间串电，更换电源线。

2将PLC的供电电路应用大功率设备和强干扰设备，分开敷设一般两线间距离为20cm，当两线平行敷设长度应在100-200 cm时，两线间应保持间距40 cm以上。

3在必要时，采用PLC输入端加装隔离变压器，可按1：1在一次和二次侧之间采用双屏蔽技术，一次屏蔽层用沫包线或铜线等导磁材料绕一层，电器上不能短路，并接至保护线。 二次侧采用双线、双绞线能减少线间干扰，这样可抑制来自电网的干扰。 二． PLC受变频器干扰、接地故障：现象系统能够正常工作，但PLC主机屏幕数字连续跳到，并伴有噪声出现。

故障原因分析：PLC与变频器共同使用时，经常出现变频器的强电磁对PLC产生干扰，主要原因是主电源断路器及开关器件等频繁动作产生的噪声干扰，如果干扰现象比较明显，那应该是没有良好的接地和采用屏蔽电缆等抗干扰措施。

排除故障：据以下几点分别检查回路或重新连接变频器与PLC接线。 1.对PLC本身按规定的接线标准和接地条件进行接地，特别注意应避免与变频器公用接地线，

且接地时尽量使二者分开。

2.当把变频器与PLC安装同一操作柜中，应尽可能使与变频器有关的线路和与PLC有关的线路分开。

3.通过使屏蔽线和双绞线达到提高抗噪声干扰的水平。 三． 其他电磁信号干扰故障

故障现象；虽然按照要求检查各种接地线良好，但仍然存在不明电磁信号干扰，PLC显示不准确，信号灯反复闪烁。 故障原因分析：虽然PLC接地系统良好，但如果和系统没有分设或与零线混接同样会出现干扰等现象，因此正确接地是提高电子设备安全运行，提高电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确接地既能抑制电磁干扰的影响，有能抑制设备向外发出干扰，而错误的接地或接地不良反而会引入严重的干扰信号，使PLC无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统接地、屏蔽地线、三相五线制中的地线N和保护先PE。由于维修人员技术水平的原因，未能认识到他们之间的差异，通常在维护保养的时候把他们作为一种接地来处理，这样就造成了接地系统的混乱，接地混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点点位分布不均，不同接地点间存在点位差，引起地环路电流，影响系统正常工作，造成数据混乱、程序丢失或死机。

故障排除：检查各系统接地应良好，接线端子无松动，处理混乱的接地线或将各种接地线按系统分开处理。

1.PLC的接地最好采用专用的接地极，决不允许与大功率晶闸管装置和大型电动机之类的设备公用接地系统。

2.PLC的接地极与PLC越近越好。

3.PLC的输入输出信号线采用屏蔽电缆时，屏蔽层应有一点接地并且要靠近PLC端而另一端不接地，如信号随噪声波动可以连接一个0.1-0.47μF/25V的电容器接地。

4.接地线截面积应大于2m㎡且一般不超过20cm，PLC接地系统的接地电阻应小于4Ω。 四． 四内部电源问题使数据丢失

故障现象：F#PLC控制的起重机正在使用，操作人员发现，PLC提示电池的电量弱，为了应急，维修人员把2#同样的机型未使用的起重机械的PLC的电池取下，更换到9#上使用，结果两台起重机的PLC内部RAM数据丢失。故障原因分析：PLC内部RAM数据存储和记忆主要靠内部电源即电池来维系，电池电量少会使数据丢失，所以更换电池的时间要控制在3分钟以内，在本案例中操作人员的误操作使两台设备的PLC RAM均发生数据丢失。故障排除：正确更换电池方法如下：在拆装前应先让PLC通过电15分钟以上(这样可使作为存储器备用的电源的电容器充电，在锂电池被取下后，该电容可为PLC进行短暂的供电，以保护随机读取存储器RAM中的信息不丢失），断开PLC交流电源，打开基本单元的电池盖板，去下旧电池，装上新电池，盖上盖板。更换电池的时间要快，一般不允许超过3min。如果时间过长RAM中的程序将消失。 五、 输入输出模块故障

故障现象：部分系统不能正常工作，如起升、回转等，测量模块输入正常，但输出信号灯不亮或无输出信号。

故障原因分析：PLC主要通过各种I/O接口模块与外部联系，在电动起重机械中，电机的起停，电磁制动的控制等都靠输入输出的整定，输入、输出的点数I/O是PLC的一项重要技术指标，常用I.O点数来代表PLC规模大小。 输入模块一般由光电耦合电路组成，输出模块根据型号不同有继电器输出、晶体管输出和光电输出等，每一点输出都有相应的发光二极管指示，有输入信号，但该点不亮或确定有输出灯不亮时，就应该怀疑I/O模块有故障。

故障排除：检查输入、输出不正常的I/O模块，一般模块有6--24个点，如果只是因为一个

点的损坏就更换整个模块，在经济上不合算，通常维修中采取的方法是找备用点代替，然后在程序中理清相应的地址，但是要注意，程序较大时查找具体地址困难。

特别强调：更换I/O模块的操作一定要在断电的情况下进行，带电拔插I/O模块是决不允许的。PLC最大的薄弱环节在I/O端口而技术优势也在I/O端口。在主机系统的技术水平相差无几的情况下，I/O模块事故体现PLC性能的关键部件，因此他是PLC损坏的突出环节，要减少I/O模块的故障就要减少外部各种干扰对其影响，首先要按其要求正确使用，不可随意减少其外部保护设备。

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