劉東鳴 張嵩華

摘要：PLC（Programmable Logic Controller）在機電設(shè)備自動化發(fā)展過程中，已經(jīng)逐步取代繼電器控制方式成為了現(xiàn)代工業(yè)主流自動化控制方式。而近年來，PLC在各類起重機械設(shè)備中的應(yīng)用也越來越廣泛，但隨之而來的一些問題也開始暴露，諸如PLC通訊故障、模塊短路現(xiàn)象和信號干擾現(xiàn)象等，如何減少PLC應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題和不足，從而提高起重設(shè)備穩(wěn)定性、安全性，才能實現(xiàn)方便可靠的自動化控制。

關(guān)鍵詞：起重機械；PLC控制系統(tǒng)；問題解析； 應(yīng)用

1.引言

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的高層建筑、重型設(shè)備如電梯、汽車起重機、吊車、升降機、料斗提升機已經(jīng)逐步取代人力驅(qū)動的葫蘆、絞車、千斤頂?shù)绕鹬貦C械。重型設(shè)備若都由人工來操作，很容易出現(xiàn)操作失誤、緊急故障無法快速反應(yīng)或因疲勞作業(yè)疏忽造成嚴(yán)重的事故，而PLC的引入使這些問題迎刃而解了。PLC在汽車起重機、塔式或龍門式起重機這類大型起重機械中的應(yīng)用非常廣泛。而起重機械的起重能力和工作環(huán)境適應(yīng)能力固然重要，其安全性和穩(wěn)定性更是舉足輕重。然而，現(xiàn)代的PLC，配合計算機技術(shù)雖能夠?qū)崿F(xiàn)普通的順序控制或復(fù)雜的邏輯控制功能，但仍然會出現(xiàn)一些故障和問題。

2.PLC在起重機械控制系統(tǒng)中的應(yīng)用解析

PLC在起重設(shè)備中的運行主要是利用專用的運動模塊，控制起重設(shè)備做各種直線、圓周、或者按照既定的路線運動，實現(xiàn)了整套動作的自動控制。傳統(tǒng)的繼電器控制存在很多缺點：一是為了實現(xiàn)這些控制頻繁的開合繼電器，繼電器內(nèi)部構(gòu)建如這些觸點碳刷、滑環(huán)等等極容易產(chǎn)生燒損故障；二是如果要實現(xiàn)邏輯控制，尤其是控制多個邏輯動作時，繼電器數(shù)量和觸點會變得非常多而復(fù)雜，一個損壞，全線崩潰；三是通過接觸器控制電機運行速度時，換檔沖擊很大，造成運行不穩(wěn)定，負(fù)載過大時容易造成動載荷無法評估而引發(fā)安全事故。與傳統(tǒng)的繼電器控制性相比，PLC之所以在起重機械控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，關(guān)鍵在于它的幾點應(yīng)用價值[1]：

(1) PLC功能單元能夠?qū)?yīng)到起重機械的各個模擬量，而控制過程的操作簡單，輸出形象，監(jiān)管容易。

(2) PLC的編程語言通俗易懂。

(3) 能大大減少了控制設(shè)備之外的接線。

(4)具有智能的硬件故障的自我檢測功能和故障自診斷保護功能。

我們以常用的抓斗起重機為例，簡單描述PLC工作過程和應(yīng)用機理。如西門子公司生產(chǎn)的SIMATIC S7-300系列PLC產(chǎn)品，結(jié)合設(shè)備如變頻器、變頻電機、絕對值編碼器、制動器、各限位開關(guān)、操作臺主令控制器、賦值按鈕和相應(yīng)的軟件來實現(xiàn)抓斗的動作[2]。目的即是通過抓斗起重機操作工控制相關(guān)的操作按鈕，完成相應(yīng)的動作。這個過程大致可以描述為：按鈕所產(chǎn)生的信號通過數(shù)字量（如溫度、流量、壓力、速度、液位、其他限制條件等），各測量設(shè)備的信號（如鋼絲繩收放量，抓斗起升量）的絕對值編碼器由位置測量模塊進入PLC。將這些信號通過PLC內(nèi)部的CPU按照既定的程序進行處理后輸出到相關(guān)設(shè)備，如變頻器、制動器等等，由此來完成抓斗起重機的自動化控制。

3.PLC運用過程中常見問題解析

在PLC出現(xiàn)故障時，我們首先應(yīng)該注意的是：故障是出現(xiàn)在PLC本身還是出現(xiàn)在信號傳輸過程中，或是執(zhí)行動作的設(shè)備，只有確定好了故障發(fā)生的階段才能快速的找到并解除故障。而能夠造成這些問題的原因是非常多的，例如設(shè)備電源、地線、信號線、開關(guān)、限位、安保裝置、信號線、模塊等等。而反觀PLC本身則較少出現(xiàn)故障，如這些CPU和模塊，根據(jù)工作經(jīng)驗，CPU是非常難出故障的，而一旦出故障，普通維修電工也不懂怎樣處理，因此PLC的故障重在預(yù)防。

例如PLC內(nèi)部模塊短路故障：起重設(shè)備經(jīng)常位于人員監(jiān)護較易疏忽的位置，如吊車、電梯、起重機械，它們或出入建筑工地，或位于人員不容易察覺的角落，很容易有水、灰塵、贓物進入，又如老鼠等小動物撒尿等等，這些因素會直接導(dǎo)致容易導(dǎo)致電源電纜接地造成短路故障，或模塊短路燒損故障。前者可采用萬用表對所有外引電纜電源進行檢查，尋找這些接地電纜或短路電纜，排除后重新運行PLC。而后者一般會導(dǎo)致模塊故障燈亮，如需確認(rèn)可用編程器檢測程序，通過萬用表檢測模塊是否輸出信號即可判定，而解決辦法則是更換新的模塊。但PLC模塊價格昂貴，短路故障處理起來也非常麻煩，因此我們只有通過事先的預(yù)防減少設(shè)備故障發(fā)生時最合理的，如平時做好防水放短路措施，定期對模塊進行吹灰，增加保護設(shè)施防止小動物進入等等。

PLC通訊故障：通訊故障的表現(xiàn)很多如指示燈不亮，儀表無讀數(shù)，控制無反應(yīng)等等。一般原因有通訊線脫落、子站地址和終端電阻設(shè)置不匹配、電器元件燒壞等等。而一般經(jīng)過安裝和調(diào)試以后，子站地址和終端電阻設(shè)置不會有問題，通訊線脫落和斷裂可能性是比較大的，如老鼠等小動物咬斷通訊線，人或其他動物碰掉通訊線插頭，建筑工地容易被砸斷等等；還有就是插頭等接觸了水或者油污導(dǎo)致的短路故障。這些故障的排除方法無非是利用萬用表來檢測這一條通訊線路的完好性，單檢測和排查的過程應(yīng)遵循由簡到難的過程，可采用替換法等方法來進行判斷。

PLC的干擾故障：因內(nèi)外干擾源較多，針對PLC本身，我們也需要設(shè)置抗干擾措施來預(yù)防故障，如內(nèi)部元器件噪聲、磁場的隔離屏蔽措施，又如如抗閃電、雷擊、電磁場和電火花等外部干擾的設(shè)施等，同時應(yīng)控制PLC系統(tǒng)與周圍其他系統(tǒng)的電位差。PLC的A/D、D/A轉(zhuǎn)換設(shè)備和輸入裝置的干擾。它分為串模干擾和共模干擾，串模干擾指的是干擾信號疊加在輸入信號上，這類故障較常見，它使干擾信號和輸入信號串聯(lián)與同一個回路中，同時施加在接收被測信號設(shè)備的輸入端。而共模干擾主要是由于PLC系統(tǒng)的檢測設(shè)備和受控設(shè)備間隔較遠(yuǎn)，互相通信的過程中PLC的主地線和現(xiàn)場設(shè)備信號端地線存在的電位差而形成干擾。我們可以通過增加PLC本身的抗干擾性，如選用抗干擾能力強的產(chǎn)品，如采用浮地技術(shù)、隔離性能好的系統(tǒng)；其二是控制各干擾源和對PLC進行屏蔽，如對PLC及外引線進行屏蔽防止空間輻射電磁干擾，對動力電纜進行分層布置減少電磁干擾；正確實際各類接地措施和接地裝置等等方式來減少干擾問題[3]。

4.結(jié)語

起重機械PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用是非常實用而穩(wěn)定的，合理的控制好PLC故障和外界干擾后，PLC就能夠更加穩(wěn)定、高效、安全的為我們服務(wù)。

5.參考文獻(xiàn)

[1] 謝少榮，羅均，吳安德.常用可編程控制器及其應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2] 王衛(wèi)兵，高俊山.可編程控制器原理及應(yīng)用[M]. 北京：機械工業(yè)出版社2002.

[3] 蘇淦萬. 提高PLC可靠性抗干擾措施[ J] . 能源與環(huán)境, 2004( 4 ):63- 65.