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PLC控制系统的故障有外部设备故障（指与PLC相连接的各种输入输出设备）、程序故障和PLC的硬件故障等。对于外部输入设备故障可以通过观察PLC及其扩展单元/模块上的输入指示灯显示是否正常来进行故障判断。重点是检查外部设备的好坏，外部设备的调整是否符合要求，输入端口是否正确及连接线是否存在不良连接等。对于外部连接的输出设备则要先判断是外部设备故障还是PLC程序故障，这时，可卸除外部设备，分别进行测试分析。对外部设备的故障，通常采用排查法进行故障查找，即对产生故障的电路上的所有设备逐一进行排查（通过检查和换件确认），直到找出故障为止。当PLC连接有特殊功能模块/单元时，通过观察特殊功能模块上的指示灯判断故障所在。
FX 3U 系列PLC在其上盖板上有四个显示该行状态的LED显示灯，当PLC发生故障时，可通过此LED的显示状态来确认故障的内容。
1）POWER LED
表 2.4-1 电源故障内容及解决方法
2）BATT LED
表 2.4-2 电池故障内容及解决方法
3）ERROR LED
表 2.4-3 程序故障内容及解决方法
利用编程软件的PLC诊断功能，可以对PLC PROG.E指示灯亮时的错误内容进行诊断。操作是单击编程软件菜单栏“诊断”，在下拉菜单中，单击“PLC诊断”，出现图 2.4-15所示“PLC诊断”对话框。单击“目前的错误”按钮，出现PLC发生的错误。错误代码及错误原因均会出现在显示栏上，通过“CPU错误”按钮可查询错误代码及原因。
图 2.4-15 “PLC诊断”对话框
FX 3U 系列PLC错误代码及错误原因见附录A：FX 3U 系列PLC错误代码一览表。
PLC控制系统是在一定环境下工作的，在这个环境中，必定存在电磁能量的变化。这种电磁能量的变化就会通过一定的途径进入PLC控制系统中，产生PLC控制系统所不需要的信号，这些信号一般称作干扰，如果在PLC控制系统中出现了干扰，就会影响PLC控制系统的工作。例如，产生测量误差、影响指令执行等。严重时会造成控制失灵和发生控制事故。
PLC控制系统是一个数字控制系统，相对于模拟控制系统来说，本身就具有很强的抗干扰能力，能够适应各种不同的环境。但当它的应用扩展到模拟量控制、运动量控制和通信控制之后，情况就发生了变化，如果工作环境恶劣，设备安装不当，接地处理不好，都会对PLC控制系统产生干扰。当PLC仅用于开关量控制系统，其抗干扰能力非常强，基本不会产生干扰，系统的故障主要来源于外部设备和接线。而PLC用于非开关量控制系统时，就会产生干扰。因此以下的讨论都是针对PLC组成的模拟量控制系统、运动量控制系统和通信控制而言的。
干扰是所有电子技术和计算机技术应用中非常令人头痛的问题。这是因为：第一，很多干扰信号是随机的，没有规律可循。干扰出现的时候，不能一下子就解决，干扰消失的时候，不可能解决，而干扰仍然存在，说不定某个时间又随机出现。第二，产生干扰的原因是复杂的，有环境的，有人为的；有外部的，有内部的；可以是直流产生，也可以是交流产生；有电容性干扰，也有电感性干扰，等等。第三，干扰源的不确定性。干扰产生的原因是多种多样的，而产生干扰的信号却是类似的。因此，一旦产生干扰，不能马上确定源头在哪里，这就给排除干扰带来了困难。不能确定干扰源，只能凭个人经验和专业知识进行排查。第四，排除干扰的困难性。发现有干扰后，由于不能准确地确定干扰源，往往为了排除干扰，要重新安装设备间的相互位置，重新设计控制柜和重新进行布线，时间长，工作量大，的确非常令人头痛。
干扰的这些特性并不是排除干扰束手无策，毫无办法。人们在和干扰长期的较量中，也积累了非常丰富的经验和行之有效的方法，绝大部分干扰都可以通过适当的处理得到解决。特别是在特定的环境、特定的设备所产生的干扰。读者应通过对干扰的排除积累经验，掌握排除干扰方法，并应用其解决具体干扰问题。
干扰来源于干扰源。凡是能产生一定能量，并影响周围电子电路正常工作的物体和因素都可以认为是干扰源。一般来说，干扰源可以分为自然界的，电子器件本身的，人为造成的、电器和设备的四种类型。
自然界的干扰源是雷电、太阳黑子活动、大气污染及宇宙射线等。其中除了雷电外，其他干扰并不是经常发生的，但发生了也是无法解决的。一般都不在考虑中，除非是有特殊要求的PLC控制系统。
雷电，由于其能量特别大，产生的电涌电压非常高，如不进行适当防护，会破坏PLC控制系统。因此，一般是在电源输入端加装避雷器，如图 2.4-16 所示。安装时，将防雷浪涌吸收器的接地（E1）和PLC的接地（E2）分离，选择电源电压上升最多时也不会超过其最大电路允许电压的防雷浪涌吸收器。
图 2.4-16 避雷器安装
PLC系统内部干扰是指组成电路的各种电子开关（二极管、三极管，晶闸管等）和电路间相互电磁辐射所产生的电子噪声，但是因为通常电子噪声的强度很弱，因此它的影响主要出现在有用信号比较弱的场合，另一方面，这些噪声干扰都属于PLC生产厂家在设计时所考虑的问题，用户是难以改变和防止的，在实际情况中，它们的影响也是比较小的。因此，可不必过多考虑。当然，在选择PLC系统各种组件时，要选择在这方面经过实际考验的品牌产品。
一般来说，PLC控制系统工作的环境还存在其他许多电器和电气设备，这些电器和电气设备会对电网产生影响，有些设备本身也会发出很强的电磁干扰。电网的波动和电气设备都会对PLC控制系统产生干扰，如果细分则可分为以下几种。
● 电网干扰
PLC系统的正常供电电源均由电网供电，由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化、电网的电晕量放电，绝缘不良的电弧放电，交流接触器等感性负载触点引起的电火花、刀开关操作浪涌、大型电力设备启停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边，直接影响PLC控制系统的正常运行。
● 大功率电气设备的干扰
许多大功率电气设备，例如变压器、电焊机、电火花加工机床、变频器、吊车等，在启动时会产生浪涌电流，对电网产生很大影响。它们在工作时，内部晶闸管开关造成的瞬间尖峰电流、内部电路过渡过程所产生的瞬变电压、电流变化等都会成为一个干扰源，产生空间电磁辐射感应，对PLC 控制系统产生干扰。
人为干扰主要是指控制系统在安装时，由于设备相互之间的位置设置不当，安装布线不合理、接地不妥和控制柜内高压电器、大电感性负载安排不当等所引起的电磁干扰。人为干扰是目前PLC控制系统受到的主要干扰。人为干扰的本质仍然是电磁干扰，只不过由于人为的原因使这些电磁干扰发生了作用，很多排除干扰的措施都是针对人为干扰提出的。
如上所述，干扰发生时，寻找干扰源是一件比较困难的事情，只能通过排查来解决，这就对解决干扰带来很大的麻烦。因此，对待干扰重点是防，而不是事后去补。在PLC控制系统现场安装时，精心地从电源、布线、信号输入和接地等多方面采取措施，防患于未然。下面所介绍的各种防干扰措施是专业人员和工控从业人员长期实践中总结出的行之有效的方法，读者可以参考并用于实际生产中。
PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵抗能力。在通常情况下，不需要采取防干扰措施，但在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，除了尽可能采用电压波动较小、波形畸变较小的稳压电源外，还可以采取以下措施。
（1）PLC的供电线路尽可能与其他大功率设备的电子设备或强干扰设备的供电线路分开。
（2）在PLC的输入电源之间加装一台带屏蔽层的隔离变压器，由隔离变压器的输出端直接向PLC供电，这样可抑制来自电网的干扰。
（3）在PLC的输入端加装低通滤波器，滤去交流电源输入的高频干扰和高次谐波。在干扰严重的场合，可同时使用隔离变压器和低通滤波器。
（4）当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源，因为普通的整流滤波电源由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。
在PLC控制系统中，信号线的品质和布线是防止干扰的重要因素。如果选线不当，一定会出现各种不可预测的干扰，因此，选好线、布好线是防止产生干扰的重要保证。
（1）一般来说，PLC本身具有很强的抗开关量干扰的能力。因此，对开关量选线没有严格要求，可以是单股线、多股线，也可以选择普通电缆线，但当传输距离较远时，为防止压降而引起误动作，应采用交流中间继电器来转接信号。
（2）模拟信号线和高速脉冲信号线应选择屏蔽电缆。通信线应当选择PLC厂家提供的专用电缆或光纤电缆。如果是双绞线，建议采用市售品质较好的带屏蔽的双绞线。
（3）布线的基本原则也是最重要的措施是控制信号线（弱电信号线）与动力线（强电功率线）分开线槽走线，但完全分槽走线，成本较高。如果同槽走线，则应保持控制信号线和动力线之间有一定的距离，一般不得少于 20cm。而且，随着同槽走线的铺设长度越长和动力线所流过的电流越大，它们之间的距离也要随之加大，一般大于 60cm。如果在线槽内不能保证两者之间有足够的距离，则应将动力线在槽内穿金属管走线，并将金属管进行接地处理。
在走线时，绝不允许将控制信号线和动力线捆扎在一起放在线槽内，这样会引起干扰。
（4）如果控制信号线采用电缆走线，不同类型的信号（指开关量信号、模拟量信号、高速信号和通信信号）不要安排在同一根多芯电缆内，模拟量信号的电流信号和电压信号也不要安排在同一根多芯电缆内。输入信号、输出信号也不要安排在同一根电缆内。
（5）控制柜内布线也应遵循动力线与控制信号线分槽走线，但AC220V电源线可以和控制信号线同槽走线。不同控制信号线之间最好分槽走线，但难以做到，一般都在同一槽中布线。这时，最好模拟量信号线和数字量信号线（高速脉冲，通信）采用屏蔽电缆，而交流线和直流线分别采用不同的电缆。采用电流走线比采用多根单线布线干扰要小很多。
为保证控制柜里布线不会混乱，在控制柜设计时就应结合上述布线要求进行PLC各种选件的排布和走线。
（6）不同的信号线最好不用同一个插接件转接，如必须用同一个插接件，要用备用端子或地线端子将它们分隔开，以减少相互干扰。
（7）建议PLC控制系统不要和大功率设备、高压电器安装在同一电器柜内。大功率设备如变频器等最好专门安装在一个电器柜内，如因条件限制必须安装在一个电气柜中，PLC应远离大功率设备，越远越好。
PLC控制系统中各种信号均是通过两线制传输线进行传输的。传输线除了传输有效的信号之外，还常常受到外部干扰产生叠加在有效信号上的干扰信号。这些干扰信号是通过导体传播和空间电磁辐射感应产生的。电磁干扰通常分为差模干扰和共模干扰两大类，它们的防止措施是不相同的。差模干扰信号和共模干扰信号可以用图 2.4-17 来说明。图（a）为差模信号，产生的干扰信号在两根线上振幅相等，方向相反，图（b）为共模信号，产生的干扰信号在两根线上振幅相等，方向相同。
图 2.4-17 差模干扰和共模干扰
（1）模拟量信号目前主要有电压、电流两种信号传输方式。电压信号特别是在低电压信号（＜1V）下传输时，易受到各种感应干扰，而电流信号传输则不易受到干扰。因此，模拟信号传输时最好采用 4～20mA或 0～20mA电流信号传输。
（2）差模干扰多数是由空间电磁辐射感应及由不平衡电路中共模信号转换所形成的电压构成，但其频率低、幅度小，所造成的干扰也比较少。一般通过低通RC或π滤波器均可使差模信号得到很好的抑制。所以，在PLC的信号输入端口基本上都设计了滤波装置，有效地防止了差模干扰。
（3）共模干扰会严重影响PLC控制系统的正常工作，对共模干扰的抑制主要采用正确的接地、屏蔽和抗干扰电路传输信号，其中差分线驱动电路是目前在数字通信中抗共模干扰比较好的电路结构。
差分线性驱动又称做差动线驱动。在电路结构上，不管是采用集电极开路输出还是电压输出电路，其本质上是一种单端输出信号，即脉冲信号的逻辑值是由输出端电压所决定（信号地线电压为 0）。差分信号也是两根线传输信号，但这两根线都传输信号，两个信号的振幅相等，相位相反，称之为差分信号。当差分信号送到接收端时，接收端则比较这两个信号的差值来判断逻辑值，图 2.4-18 为差分信号电路结构和脉冲波形。当采用差分信号作为输出信号时，接收端必须是差分放大电路结构才能接收差分信号。目前，已开发出专门用于差动线传输的发送/接收IC，如AM26LS31/32 等。
图 2.4-18 差分信号电路结构和脉冲波形
外部输入的干扰信号以共模方式出现时，由于两根传输线上的共模干扰信号相同，因接收器是差分输入，共模信号可以互相抵消。只要接收器有足够的抗共模干扰能力，就能从干扰信号中识别出驱动器输出的有用信号，从而克服外部共模干扰信号的影响。与单端输出相比，差分线驱动的优点是抗干扰能力强，能有效抑制电磁干扰，逻辑值受信号幅值变化影响小，传输距离长（10m）。此外，采用光电隔离的方法，可以消除共模干扰。输入线采用绞合屏蔽线，也能降低共模干扰，
目前，变频器作为电动机调速控制器已广泛被应用于各种单机或生产线设备中，由于条件限制，特别是单机设备，往往将变频器与PLC控制系统安装在同一电柜中，变频器特别是大功率变频器所产生的干扰则越来越受到人们的重视，这里就变频器所产生的干扰及其抗干扰对策进行说明，供读者在实际工作中参考。
变频器所产生的干扰主要有以下三种。
● 谐波干扰
由于变频器整流和逆变电路中使用了大功率半导体开关器件，在其输入输出电压和电流中，除了基波之外还有高次谐波。这些变频器在启动和运行过程中所产生的谐波会给电网带来干扰，引起电网电压波形畸变，给处于同一电网供电的其他设备包括PLC控制系统带来很大干扰。这是一种传导性干扰，这种干扰随着变频器技术的发展已基本得到解决。解决的方法是在变频器的输入侧加装电抗器和滤波器。目前，很多小功率变频器都已内置了滤波器。对一些对电源质量要求较高的PLC控制系统来说，最好的方法是将其供电电源与变频器供电电源分开处理。
● 电磁辐射干扰
电磁辐射干扰主要是高频电磁波辐射到空中引起对其他设备的干扰和输出动力线对其他信号线的电磁感应耦合干扰。对PLC控制系统来说，主要是后一种干扰。电磁感应干扰主要通过合理布线、信号接地和屏蔽解决。当变频器电磁辐射干扰过强（在大功率变频器应用时）通过布线等措施并不能完全解决时，可以干脆将整个变频器安装在专门的铁制封闭的箱子中（当然，要同时考虑其散热的问题），并将箱子接地，将其输入、输出电缆也装入铁管中，铁管也接地。
在变频器到电动机之间增加交流电抗器也可以减少变频器输出在能量传输过程中线路产生的电磁辐射。
● 对电动机干扰
由于变频器输出的不是正弦波，而是采用脉冲宽度调制的脉冲波形，这种波形流过电动机，电动机绕组和铁芯将因高次谐波成分而产生噪声和振动。同时，高次谐波还会使电动机在相同频率下电流增加 5%～10%，从而引起电动机过热，这就是变频器应用时电动机的干扰。对于噪声可以适当调节变频器的载波频率，对电动机可能产生的振动点（特别会引起设备的共振点）可利用变频器的频率跳变限制功能参数进行调节。引起电动机过热，则要加强电动机的冷却方式，如外加其他冷却方式，增加冷却能力，或选择更大容量电动机（大马拉小车），采用变频专用电动机等。
完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施，反之，如果接地不当，则会对PLC控制系统产生干扰。在一个电气系统中，可简单分为安全接地和工作接地两种。
安全接地又称保护接地，它是在强电系统（电力电源、输配电、电气设备）中，为了人身和设备的安全而采取的一种保护方法，其做法是将地线直接与大地相连，然后将设备的金属外壳或接地点与地线相接。这样，当设备金属外壳因漏电带电或机壳上积累电荷而产生静电放电危及人身和设备安全时，促使电源开关产生保护动作切断电源，从而保护人身和设备安全。在本章 2.4.2 一节中，曾讨论过PLC系统地的连接，就是一种安全接地。
工作接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位，是各种信号的参考点。该基准电位可以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。当该基准电位不与大地连接时，视为各种信号相对的零电位。根据电路的性质，控制系统大致有以下几种工作接地。
（1）数字地：也叫逻辑地，是数字电路零电位的公共基准地线。
（2）模拟地：是模拟电路零电位的公共基准地线。
（3）信号地：是各种物理量的传感器和信号源零电位的公共基准地线。
（4）交流地：也叫电源地，是电源零电位的公共基准地线。
（5）直流地：直流供电电源的地。
（6）功率地：是负载电路或功率驱动电路零电位的公共基准地线。
从参考电平的角度看都是同一个地，最终都要接到一起获得相同的参考电位。地的分开主要是从布线的角度看，以防止各种电路在工作中产生互相干扰，使之能相互兼容地工作。对PLC控制系统来说，主要考虑的是数字地，模拟地和安全接地。
在接地方式上，有单点接地和多点接地两种方式。
单点接地是指把整个电路系统中的一个结构点看作接地参考点，所有对地连接都接到这一点上，并设置一个接地螺栓，单点接地可以防止两点接地产生共地阻抗的电路性耦合。多点接地即在该电路系统中用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路。PLC控制系统工作频率较低，应采用单点接地方式。
在工作接地的处理上，也有三种处理方式（取决于接地的效果）：一是与安全接地不连接，成为浮地式，浮地式即该电路的地与大地无导体连接。其优点是电路不受大地电性能的影响；缺点是该电路易受寄生电容和绝缘电阻的影响，增加了对模拟电路的感应干扰，同时，易产生静电积累而导致静电击穿或强烈的干扰。二是与安全接地直接连接，成为单点接地式；三是通过一个 3μF电容器与安全接地连接，成为直流浮地式，交流接地式。PLC控制系统多数采用第二种方法，即信号地通过导线直接与安全接地相连。还有一种处理方法是，如果浮地或连接不会产生大的干扰，则采用浮地，如果产生了干扰，则与安全接地相连接，在三菱FX系列的许多特殊功能模块中都有这样的说明。
当一台设备含有多种电路时，才考虑设置不同的地。如果仅有开关量控制，则不需要考虑各种不同的地。典型设备地的设置与接地如图 2.4-19 所示。
图 2.4-19 设备接地示意图
对于设备接地应当注意以下几点：
（1）无论是信号地还是安全地，在机柜内用接地螺栓表示接地点，所有接地点相互之间，接地点和机壳之间，接地点和电源零线之间均是绝缘的，然后再用导线将各个接地点连上安全接地螺栓。
（2）安全接地螺栓应用较粗导线（不小于 2.5mm 2 ）与接地极相连，接地极要求接地电阻小于 4Ω。
（3）当系统用三相电源供电时，由于各负载用电量和用电的不同时性，必然导致三相不平衡，造成三相电源中心点电位偏移，为此将电源零线接到安全接地螺栓上，迫使三相电源中心点电位保持零电位，从而防止三相电源中心点电位偏移所产生的干扰。
（4）为防止机壳带电，危及人身安全，不许用电源零线作为地线代替机壳地线。
屏蔽是一种行之有效的防干扰技术。屏蔽就是用金属导体把被屏蔽的电磁干扰源、电子电路、组合件、信号线包围起来。如果是电磁干扰源，屏蔽可使其电磁干扰不能越过屏蔽层向外辐射，相反，如果是电子电路、组合件、信号线等，屏蔽又是克服电磁场耦合干扰最有效的方法。在PLC控制系统中，用得最多的是信号线的屏蔽，即所谓屏蔽线的使用。
屏蔽与接地配合使用，才能起到屏蔽的效果。对屏蔽线来说，主要是其屏蔽层应如何接地的问题。
PLC控制系统的输入端会接各类模拟量传感器，一般来说，为了提高抗干扰能力，信号线均采用屏蔽线。这里有两种情况，一种是屏蔽层在传感器内部与传感器壳体相连，当传感器安装在电动机等设备上时，屏蔽层一般应与这些设备的外壳相连。如果与PLC控制系统相连，这时应将屏蔽层与PLC的地线相连。但这时必须保证PLC控制系统的接地良好。否则反而会产生干扰。另一种是屏蔽层不与传感器外壳相连，这时，在PLC控制系统侧实施单地接地。
对于采用标准电量（4～20mA/0～5V/0～10V）的模拟信号来说，一般必须采用双绞线屏蔽电缆传输。这时，双绞线屏蔽层原则上应在PLC控制系统一侧与模拟地相连。对于抗干扰要求比较高的场合，具体模拟量信号的接地处理必须严格按照相关操作手册上的要求处理。
通信信号线屏蔽层接地比较复杂，要不要接地，是单点接地还是多点接地等都存在一定的争议，还需要在实践中不断地总结。据有关资料和实践说明，在通信速率较低时，多选用单点接地，而速率较高时，应选用多点接地。
有时只采用硬件措施还不能消除干扰的影响，这时利用PLC程序加以配合可以取得较好的抗干扰效果，利用程序进行抗干扰的方法称之为软件抗干扰技术。
常采用的软件抗干扰技术如下所述。
数字滤波又叫软件滤波，它是利用数字控制器的强大而快速的运算功能，对采样信号编制滤波处理程序，由计算机对滤波程序进行运算处理，从而消除或削弱干扰信号的影响，提高采样值的可靠性和精度，达到滤波的目的。常用数字滤波方法如下所述。
（1）非线性滤波法：克服由外部环境偶然因素引起的突变性扰动或内部不稳定造成的尖脉冲干扰是数据处理的第一步。通常采用简单的非线性滤波法，有限幅滤波、中值滤波等。
（2）线性滤波法：抑制小幅度高频电子噪声、电子器件热噪声、A/D量化噪声等。通常采用具有低通特性的线性滤波法，有算术平均滤波法、加权平均滤波法、滑动加权平均滤波法、一阶滞后滤波法等。
（3）复合滤波法：在实际应用中，有时既要消除大幅度的脉冲干扰，又要做到数据平滑，因此常把前面介绍的两种以上的方法结合起来使用，形成复合滤波法。有中位值平均滤波法、限幅平均滤波法等。
关于常用数字滤波方法的算法说明及其应用可参看拙著《PLC模拟量与通信控制应用实践》1.3.3 节常用数字滤波方法。
对于开关量输入，为防止误动作，可设计软件程序对输入信号延时 20ms，对同一信号做两次以上读入，结果一致确认输入有效。
在控制现场，如某些干扰的产生是预知的，例如，大功率电动机，电磁铁等动作，常常会伴随产生火花，电弧等干扰信号，这些干扰信号会影响PLC的输入端，产生误动作，这时，可以在PLC输出执行产生干扰的时间内，编制程序封锁PLC的某些输入信号。在干扰时间过去后，取消封锁。
此外，利用PLC丰富的软件资源（无数个常开、常闭触点，几百个定时器和计数器，几千个数据寄存器等）设计故障检测与诊断程序，自处理程序等都是软件抗干扰技术的应用。
【试试，你行的】
（1）试说明FX3U系列PLC基本单元上状态指示灯正常时灯的状态。
（2）如果状态指示灯“RUN”不亮，是不是说明PLC有故障？为什么？
（3）干扰的主要来源有哪些？如何解决？试举例说明。
（4）你在实际工作中碰到过干扰吗？你如何解决？试举例说明。
（5）什么叫安全接地？什么叫工作接地？工作接地有哪几种地？工作地的共同特点是什么？
（6）什么叫单点接地？什么叫多点接地？PLC应用哪种接地方式？
（7）什么是PLC软件抗干扰技术？常用的软件抗干扰技术有哪些？