高戰(zhàn)強(qiáng)

（河北力馬燃?xì)庥邢薰荆颖?石家莊051330）

0 引言

隨著自動(dòng)化程度的不斷提高，PLC在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，極大地促進(jìn)了工業(yè)發(fā)展。但PLC在各大工廠也發(fā)生了一些棘手的故障問題，令維修人員難以招架。最近，河北力馬燃?xì)庥邢薰揪桶l(fā)生了一起控制電纜分布電容引起的PLC故障。

1 故障現(xiàn)象

我廠備煤皮帶系統(tǒng)由PLC控制。近日來，常出現(xiàn)皮帶自動(dòng)運(yùn)行時(shí)瞬間誤報(bào)警停車現(xiàn)象。停車時(shí)，后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)瞬間顯示拉線動(dòng)作、跑偏或撕裂，經(jīng)實(shí)地檢查無任何故障；報(bào)警閃過正常后，立即啟動(dòng)，設(shè)備能夠運(yùn)轉(zhuǎn)，但運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)重復(fù)上述現(xiàn)象。

2 故障分析

我們對(duì)線路進(jìn)行了認(rèn)真檢查，絕緣良好，無短路、斷路、接觸不良現(xiàn)象，系統(tǒng)接地也良好。鑒于此，故障原因應(yīng)從PLC輸出回路、PLC本身及PLC輸入回路3個(gè)部位分段進(jìn)行分析。

2.1 故障在線路中的位置

假設(shè)PLC輸出回路故障，系統(tǒng)停車是毫無疑問的，但監(jiān)控系統(tǒng)在程序中直接使用PLC輸入點(diǎn)信號(hào)，在故障檢測點(diǎn)未動(dòng)作的情況下，后臺(tái)系統(tǒng)不應(yīng)顯示報(bào)警信息，由此斷定故障不在輸出回路。我們調(diào)取了程序，并在線檢測，沒有發(fā)現(xiàn)異常。然后，通過元器件替代法，更換了CPU和輸入模塊，也沒有解決問題。最后通過排除法，判斷出故障應(yīng)在PLC輸入回路中。

2.2 故障原因

下面給出了皮帶系統(tǒng)PLC輸入回路控制原理圖（圖1）。

圖1 皮帶系統(tǒng)PLC輸入回路控制原理圖

圖中圓內(nèi)數(shù)字2和1為PLC的一對(duì)輸入端子；SQ為故障檢測元件，無源開點(diǎn)。故障現(xiàn)象中PLC后臺(tái)顯示報(bào)警，就證明輸入回路有了動(dòng)作，輸入端產(chǎn)生了高電平。然而，故障檢測元件SQ沒有動(dòng)作，無源開點(diǎn)沒有閉合，PLC輸入端不應(yīng)當(dāng)有高電平。二者顯然是矛盾的。用萬用表測量各條皮帶的故障輸入信號(hào)電壓，結(jié)果顯示PLC輸入端分別有幾十乃至上百伏的交流電壓。它從何而來？100V的電壓也不是正常工作電壓220V，它能使PLC誤動(dòng)作嗎？一連串的問題接踵而來。我們又測量了故障檢測開點(diǎn)之間的電壓，100來伏，壓降很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到220V，怎么回事？是電纜太長嗎？

2.2.1 引入中間繼電器消除長電纜對(duì)PLC輸入回路的影響

我們對(duì)部分皮帶的PLC輸入回路進(jìn)行了改造，使故障檢測元件控制交流220V的中間繼電器（歐姆龍），由繼電器的開點(diǎn)將信號(hào)傳入PLC輸入端。下面是引入交流中間繼電器后PLC輸入回路控制原理圖（圖2）。

圖2 引入交流中間繼電器后PLC輸入回路控制原理圖

改造后，當(dāng)繼電器觸點(diǎn)K斷開時(shí)，觸點(diǎn)兩端電壓為電源電壓，PLC輸入端電壓為0；繼電器觸點(diǎn)閉合時(shí)，觸點(diǎn)兩端電壓為0，PLC輸入端電壓為電源電壓。PLC輸入回路正常了。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行，PLC后臺(tái)不再誤報(bào)警，皮帶系統(tǒng)也不再突然停車。與此同時(shí)，新問題又出現(xiàn)了：原本在PLC輸入端的壓降轉(zhuǎn)移到了中間繼電器上，部分中間繼電器的指示燈常亮，其兩端有幾十伏電壓，觸點(diǎn)未吸合。

2.2.2 用直流電消除長電纜分布電容對(duì)繼電器的影響

針對(duì)上述中間繼電器指示燈常亮的問題，我們進(jìn)一步做了檢查，故障檢測點(diǎn)在斷開位，PLC柜內(nèi)及周邊無感應(yīng)源。斷開繼電器的接線，燈滅；接上，燈亮。既然指示燈常亮，那一定是形成了電氣回路。從圖2繼電器線圈所在的回路中可以看到，線路很簡單，沒有其他元器件，只有電纜。我們?cè)俅螌⒛抗饧械搅穗娎|上，經(jīng)查證，這條控制電纜有1 000多m，是一條2×19×1.5的多芯控制電纜。我們考慮可能是電纜分布電容作用的結(jié)果。在圖2中，如果在故障檢測開點(diǎn)兩端并上一個(gè)等效電容，那么在交流電的作用下電容就會(huì)不斷地充電、放電，從而形成回路，使繼電器兩端產(chǎn)生電壓。根據(jù)電容通交流隔直流的特性，又將繼電器改為直流24V的，線圈回路改用直流電。下面是引入直流中間繼電器后PLC輸入回路控制原理圖（圖3）。

圖3 引入直流中間繼電器后PLC輸入回路控制原理圖

將交流繼電器改為直流之后，繼電器指示燈果然滅了，繼電器線圈端電壓為0，故障檢測元件開點(diǎn)兩端電壓24V；使故障檢測點(diǎn)閉合，測量其兩端電壓為0，繼電器線圈電壓為24V。至此，全部工作正常了。

2.2.3 運(yùn)用等效電路，剖析故障現(xiàn)象

回路中引入分布電容之后，改造前的PLC輸入回路等效原理圖如圖4所示。

圖4 PLC輸入回路等效原理圖

當(dāng)故障檢測開點(diǎn)閉合時(shí)，輸入信號(hào)正常傳輸，PLC可靠報(bào)警。故障檢測開點(diǎn)斷開時(shí)，分布電容在交流電的作用下不斷地充電、放電。電容充滿電時(shí)，回路斷開，系統(tǒng)正常工作；電容充放電時(shí)，輸入信號(hào)導(dǎo)通，PLC輸入端產(chǎn)生電壓降。試驗(yàn)證明，當(dāng)這個(gè)壓降達(dá)到110V左右時(shí)，PLC輸入端就認(rèn)為是高電平而誤動(dòng)作。實(shí)際情況是：在皮帶運(yùn)行時(shí)，讓故障檢測開點(diǎn)閉合，PLC系統(tǒng)立即報(bào)警，皮帶可靠停車；讓故障檢測開點(diǎn)處于常開狀態(tài)時(shí)，PLC正常工作，時(shí)而報(bào)警；斷開這些故障輸入回路，PLC正常工作，不再報(bào)警停車。二者基本吻合。至于故障檢測開點(diǎn)之間的電壓，應(yīng)當(dāng)為等效電容電壓，而不是電源電壓。

3 結(jié)語

由于該系統(tǒng)所用的控制電纜產(chǎn)生分布電容，在充放電時(shí)，PLC輸入回路導(dǎo)通，進(jìn)而使PLC發(fā)生了誤動(dòng)作。本例對(duì)PLC輸入回路進(jìn)行了兩次改造，第一次使用交流220V的小型繼電器，可以使PLC輸入回路正常，但繼電器狀態(tài)指示燈異常，也可以考慮使用大功率繼電器或不帶指示燈的繼電器，以消除誤指示現(xiàn)象，但筆者更傾向于第二次改造使用直流繼電器的做法。另外，如果是新建項(xiàng)目，也可考慮選用帶直流輸入模塊的PLC。

［1］邱關(guān)源.電路［M］.第4版.北京：高等教育出版社，1999

［2］周一鳴.電纜分布電容與繼電器誤動(dòng)作［J］.化工設(shè)計(jì)，2011（6）