解析起重機(jī)械PLC控制系統(tǒng)中的問(wèn)題和應(yīng)用

劉東鳴 張嵩華

摘要：PLC（Programmable Logic Controller）在機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化發(fā)展過(guò)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(dòng)化控制方式。而近年來(lái)，PLC在各類(lèi)起重機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，但隨之而來(lái)的一些問(wèn)題也開(kāi)始暴露，諸如PLC通訊故障、模塊短路現(xiàn)象和信號(hào)干擾現(xiàn)象等，如何減少PLC應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題和不足，從而提高起重設(shè)備穩(wěn)定性、安全性，才能實(shí)現(xiàn)方便可靠的自動(dòng)化控制。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)械；PLC控制系統(tǒng)；問(wèn)題解析； 應(yīng)用

1.引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來(lái)越多的高層建筑、重型設(shè)備如電梯、汽車(chē)起重機(jī)、吊車(chē)、升降機(jī)、料斗提升機(jī)已經(jīng)逐步取代人力驅(qū)動(dòng)的葫蘆、絞車(chē)、千斤頂?shù)绕鹬貦C(jī)械。重型設(shè)備若都由人工來(lái)操作，很容易出現(xiàn)操作失誤、緊急故障無(wú)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(wèn)題迎刃而解了。PLC在汽車(chē)起重機(jī)、塔式或龍門(mén)式起重機(jī)這類(lèi)大型起重機(jī)械中的應(yīng)用非常廣泛。而起重機(jī)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(jì)算機(jī)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(huì)出現(xiàn)一些故障和問(wèn)題。

2.PLC在起重機(jī)械控制系統(tǒng)中的應(yīng)用解析

PLC在起重設(shè)備中的運(yùn)行主要是利用專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了整套動(dòng)作的自動(dòng)控制。傳統(tǒng)的繼電器控制存在很多缺點(diǎn)：一是為了實(shí)現(xiàn)這些控制頻繁的開(kāi)合繼電器，繼電器內(nèi)部構(gòu)建如這些觸點(diǎn)碳刷、滑環(huán)等等極容易產(chǎn)生燒損故障；二是如果要實(shí)現(xiàn)邏輯控制，尤其是控制多個(gè)邏輯動(dòng)作時(shí)，繼電器數(shù)量和觸點(diǎn)會(huì)變得非常多而復(fù)雜，一個(gè)損壞，全線崩潰；三是通過(guò)接觸器控制電機(jī)運(yùn)行速度時(shí)，換檔沖擊很大，造成運(yùn)行不穩(wěn)定，負(fù)載過(guò)大時(shí)容易造成動(dòng)載荷無(wú)法評(píng)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(jī)械控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，關(guān)鍵在于它的幾點(diǎn)應(yīng)用價(jià)值[1]：

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

(2) PLC的編程語(yǔ)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(cè)功能和故障自診斷保護(hù)功能。

我們以常用的抓斗起重機(jī)為例，簡(jiǎn)單描述PLC工作過(guò)程和應(yīng)用機(jī)理。如西門(mén)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(jī)、絕對(duì)值編碼器、制動(dòng)器、各限位開(kāi)關(guān)、操作臺(tái)主令控制器、賦值按鈕和相應(yīng)的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)抓斗的動(dòng)作[2]。目的即是通過(guò)抓斗起重機(jī)操作工控制相關(guān)的操作按鈕，完成相應(yīng)的動(dòng)作。這個(gè)過(guò)程大致可以描述為：按鈕所產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)數(shù)字量（如溫度、流量、壓力、速度、液位、其他限制條件等），各測(cè)量設(shè)備的信號(hào)（如鋼絲繩收放量，抓斗起升量）的絕對(duì)值編碼器由位置測(cè)量模塊進(jìn)入PLC。將這些信號(hào)通過(guò)PLC內(nèi)部的CPU按照既定的程序進(jìn)行處理后輸出到相關(guān)設(shè)備，如變頻器、制動(dòng)器等等，由此來(lái)完成抓斗起重機(jī)的自動(dòng)化控制。

3.PLC運(yùn)用過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題解析

在PLC出現(xiàn)故障時(shí)，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(hào)傳輸過(guò)程中，或是執(zhí)行動(dòng)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(wèn)題的原因是非常多的，例如設(shè)備電源、地線、信號(hào)線、開(kāi)關(guān)、限位、安保裝置、信號(hào)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(yàn)，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(hù)較易疏忽的位置，如吊車(chē)、電梯、起重機(jī)械，它們或出入建筑工地，或位于人員不容易察覺(jué)的角落，很容易有水、灰塵、贓物進(jìn)入，又如老鼠等小動(dòng)物撒尿等等，這些因素會(huì)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(wàn)用表對(duì)所有外引電纜電源進(jìn)行檢查，尋找這些接地電纜或短路電纜，排除后重新運(yùn)行PLC。而后者一般會(huì)導(dǎo)致模塊故障燈亮，如需確認(rèn)可用編程器檢測(cè)程序，通過(guò)萬(wàn)用表檢測(cè)模塊是否輸出信號(hào)即可判定，而解決辦法則是更換新的模塊。但PLC模塊價(jià)格昂貴，短路故障處理起來(lái)也非常麻煩，因此我們只有通過(guò)事先的預(yù)防減少設(shè)備故障發(fā)生時(shí)最合理的，如平時(shí)做好防水放短路措施，定期對(duì)模塊進(jìn)行吹灰，增加保護(hù)設(shè)施防止小動(dòng)物進(jìn)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(wú)讀數(shù)，控制無(wú)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(guò)安裝和調(diào)試以后，子站地址和終端電阻設(shè)置不會(huì)有問(wèn)題，通訊線脫落和斷裂可能性是比較大的，如老鼠等小動(dòng)物咬斷通訊線，人或其他動(dòng)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(wú)非是利用萬(wàn)用表來(lái)檢測(cè)這一條通訊線路的完好性，單檢測(cè)和排查的過(guò)程應(yīng)遵循由簡(jiǎn)到難的過(guò)程，可采用替換法等方法來(lái)進(jìn)行判斷。

PLC的干擾故障：因內(nèi)外干擾源較多，針對(duì)PLC本身，我們也需要設(shè)置抗干擾措施來(lái)預(yù)防故障，如內(nèi)部元器件噪聲、磁場(chǎng)的隔離屏蔽措施，又如如抗閃電、雷擊、電磁場(chǎng)和電火花等外部干擾的設(shè)施等，同時(shí)應(yīng)控制PLC系統(tǒng)與周?chē)渌到y(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(hào)疊加在輸入信號(hào)上，這類(lèi)故障較常見(jiàn)，它使干擾信號(hào)和輸入信號(hào)串聯(lián)與同一個(gè)回路中，同時(shí)施加在接收被測(cè)信號(hào)設(shè)備的輸入端。而共模干擾主要是由于PLC系統(tǒng)的檢測(cè)設(shè)備和受控設(shè)備間隔較遠(yuǎn)，互相通信的過(guò)程中PLC的主地線和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)端地線存在的電位差而形成干擾。我們可以通過(guò)增加PLC本身的抗干擾性，如選用抗干擾能力強(qiáng)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(duì)PLC進(jìn)行屏蔽，如對(duì)PLC及外引線進(jìn)行屏蔽防止空間輻射電磁干擾，對(duì)動(dòng)力電纜進(jìn)行分層布置減少電磁干擾；正確實(shí)際各類(lèi)接地措施和接地裝置等等方式來(lái)減少干擾問(wèn)題[3]。

4.結(jié)語(yǔ)

起重機(jī)械PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用是非常實(shí)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(jī)械工業(yè)出版社2002.

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