解析起重机械PLC控制系统中的问题和应用

刘东鸣 张嵩华

摘要：PLC（Programmable Logic Controller）在机电设备自动化发展过程中，已经逐步取代继电器控制方式成为了现代工业主流自动化控制方式。而近年来，PLC在各类起重机械设备中的应用也越来越广泛，但随之而来的一些问题也开始暴露，诸如PLC通讯故障、模块短路现象和信号干扰现象等，如何减少PLC应用过程中出现的问题和不足，从而提高起重设备稳定性、安全性，才能实现方便可靠的自动化控制。

关键词：起重机械；PLC控制系统；问题解析； 应用

1.引言

随着国民经济的发展，越来越多的高层建筑、重型设备如电梯、汽车起重机、吊车、升降机、料斗提升机已经逐步取代人力驱动的葫芦、绞车、千斤顶等起重机械。重型设备若都由人工来操作，很容易出现操作失误、紧急故障无法快速反应或因疲劳作业疏忽造成严重的事故，而PLC的引入使这些问题迎刃而解了。PLC在汽车起重机、塔式或龙门式起重机这类大型起重机械中的应用非常广泛。而起重机械的起重能力和工作环境适应能力固然重要，其安全性和稳定性更是举足轻重。然而，现代的PLC，配合计算机技术虽能够实现普通的顺序控制或复杂的逻辑控制功能，但仍然会出现一些故障和问题。

2.PLC在起重机械控制系统中的应用解析

PLC在起重设备中的运行主要是利用专用的运动模块，控制起重设备做各种直线、圆周、或者按照既定的路线运动，实现了整套动作的自动控制。传统的继电器控制存在很多缺点：一是为了实现这些控制频繁的开合继电器，继电器内部构建如这些触点碳刷、滑环等等极容易产生烧损故障；二是如果要实现逻辑控制，尤其是控制多个逻辑动作时，继电器数量和触点会变得非常多而复杂，一个损坏，全线崩溃；三是通过接触器控制电机运行速度时，换档冲击很大，造成运行不稳定，负载过大时容易造成动载荷无法评估而引发安全事故。与传统的继电器控制性相比，PLC之所以在起重机械控制系统中广泛应用，关键在于它的几点应用价值[1]：

(1) PLC功能单元能够对应到起重机械的各个模拟量，而控制过程的操作简单，输出形象，监管容易。

(2) PLC的编程语言通俗易懂。

(3) 能大大减少了控制设备之外的接线。

(4)具有智能的硬件故障的自我检测功能和故障自诊断保护功能。

我们以常用的抓斗起重机为例，简单描述PLC工作过程和应用机理。如西门子公司生产的SIMATIC S7-300系列PLC产品，结合设备如变频器、变频电机、绝对值编码器、制动器、各限位开关、操作台主令控制器、赋值按钮和相应的软件来实现抓斗的动作[2]。目的即是通过抓斗起重机操作工控制相关的操作按钮，完成相应的动作。这个过程大致可以描述为：按钮所产生的信号通过数字量（如温度、流量、压力、速度、液位、其他限制条件等），各测量设备的信号（如钢丝绳收放量，抓斗起升量）的绝对值编码器由位置测量模块进入PLC。将这些信号通过PLC内部的CPU按照既定的程序进行处理后输出到相关设备，如变频器、制动器等等，由此来完成抓斗起重机的自动化控制。

3.PLC运用过程中常见问题解析

在PLC出现故障时，我们首先应该注意的是：故障是出现在PLC本身还是出现在信号传输过程中，或是执行动作的设备，只有确定好了故障发生的阶段才能快速的找到并解除故障。而能够造成这些问题的原因是非常多的，例如设备电源、地线、信号线、开关、限位、安保装置、信号线、模块等等。而反观PLC本身则较少出现故障，如这些CPU和模块，根据工作经验，CPU是非常难出故障的，而一旦出故障，普通维修电工也不懂怎样处理，因此PLC的故障重在预防。

例如PLC内部模块短路故障：起重设备经常位于人员监护较易疏忽的位置，如吊车、电梯、起重机械，它们或出入建筑工地，或位于人员不容易察觉的角落，很容易有水、灰尘、赃物进入，又如老鼠等小动物撒尿等等，这些因素会直接导致容易导致电源电缆接地造成短路故障，或模块短路烧损故障。前者可采用万用表对所有外引电缆电源进行检查，寻找这些接地电缆或短路电缆，排除后重新运行PLC。而后者一般会导致模块故障灯亮，如需确认可用编程器检测程序，通过万用表检测模块是否输出信号即可判定，而解决办法则是更换新的模块。但PLC模块价格昂贵，短路故障处理起来也非常麻烦，因此我们只有通过事先的预防减少设备故障发生时最合理的，如平时做好防水放短路措施，定期对模块进行吹灰，增加保护设施防止小动物进入等等。

PLC通讯故障：通讯故障的表现很多如指示灯不亮，仪表无读数，控制无反应等等。一般原因有通讯线脱落、子站地址和终端电阻设置不匹配、电器元件烧坏等等。而一般经过安装和调试以后，子站地址和终端电阻设置不会有问题，通讯线脱落和断裂可能性是比较大的，如老鼠等小动物咬断通讯线，人或其他动物碰掉通讯线插头，建筑工地容易被砸断等等；还有就是插头等接触了水或者油污导致的短路故障。这些故障的排除方法无非是利用万用表来检测这一条通讯线路的完好性，单检测和排查的过程应遵循由简到难的过程，可采用替换法等方法来进行判断。

PLC的干扰故障：因内外干扰源较多，针对PLC本身，我们也需要设置抗干扰措施来预防故障，如内部元器件噪声、磁場的隔离屏蔽措施，又如如抗闪电、雷击、电磁场和电火花等外部干扰的设施等，同时应控制PLC系统与周围其他系统的电位差。PLC的A/D、D/A转换设备和输入装置的干扰。它分为串模干扰和共模干扰，串模干扰指的是干扰信号叠加在输入信号上，这类故障较常见，它使干扰信号和输入信号串联与同一个回路中，同时施加在接收被测信号设备的输入端。而共模干扰主要是由于PLC系统的检测设备和受控设备间隔较远，互相通信的过程中PLC的主地线和现场设备信号端地线存在的电位差而形成干扰。我们可以通过增加PLC本身的抗干扰性，如选用抗干扰能力强的产品，如采用浮地技术、隔离性能好的系统；其二是控制各干扰源和对PLC进行屏蔽，如对PLC及外引线进行屏蔽防止空间辐射电磁干扰，对动力电缆进行分层布置减少电磁干扰；正确实际各类接地措施和接地装置等等方式来减少干扰问题[3]。

4.结语

起重机械PLC控制系统的应用是非常实用而稳定的，合理的控制好PLC故障和外界干扰后，PLC就能够更加稳定、高效、安全的为我们服务。

5.参考文献

[1] 谢少荣，罗均，吴安德.常用可编程控制器及其应用[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2] 王卫兵，高俊山.可编程控制器原理及应用[M]. 北京：机械工业出版社2002.

[3] 苏淦万. 提高PLC可靠性抗干扰措施[ J] . 能源与环境, 2004( 4 ):63- 65.