簡述PLC在拉西瓦纜機上的應用及應注意的問題

摘要：文章對邏輯控制器PLC（Prorammable Logic Controlter）在拉西瓦纜索式起重機（以下簡稱纜機）上的應用及其特點做了介紹，以此給出了使PLC在應用過程中保證正常運行的若干建議及提出了應該注意的一些問題。

關鍵詞：PLC；纜機；頻率轉換器；繼電器控制系統；計數；邏輯控制；順序控制

中圖分類號：U991 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）28-0042-03

青海省拉西瓦水電站建設工地上安裝著我國國電機械設計研究所研發的新產品即三臺30t/632m型30噸的纜機。三臺纜機的運用不僅代替了以往的繼電器控制系統，還能實現數據處理、運算和聯網通信等，而且還使用了計數、邏輯控制、順序控制等一系列功能，這得益于在其控制系統中大幅度地應用了近年來快速發展的PLC。PLC是一種新型的工業控制機裝置，這種裝置能夠減少纜機電氣系統的維修次數，從而保障纜機安全正常地運行。

1 PLC在纜機上的應用及應用特點

1.1 PLC在纜機上的應用

拉西瓦水電站安裝的三臺纜機之間經由各自的PLC系統連接從而構成大網絡系統，能夠互換信息，了解其他纜機的工作狀態，主機（中間的那一臺，即2#纜機）更是可以控制旁邊的一臺纜機的運行，進一步實現了聯動、聯鎖以及報警等功能。其中的單臺纜機采用了S7-300 PLC與工控機構成的兩級網絡，上層的管理網絡采用了以太網（司機室工控機跟PLC連接），下層的過程控制與現場位置使用基于Profibus-DP協議存在的PLC網絡系統（司機室PLC與主塔PLC相連接，主塔PLC與主塔工控機相連接）。于是，纜機司機可以在司機室之中發出相應指令，通過司機室PLC傳達給副塔PLC以及主塔PLC，副塔PLC將調控纜機塔架的運行，副塔PLC在接到司機室信號的同時會將塔架的相關運行情況發送到司機室，達到監控副塔的目的。主塔PLC則控制纜機的起升機構以及牽引機構的相關運行，主塔PLC在接收到司機室信號的同時會將起升機構以及牽引機構的具體運行情況發送到司機室，從而監控主塔。但是當纜機運行產生故障時，將由纜機PLC專用故障程序來進行自我診斷，從而實現智能監控，有助于纜機電氣系統的檢修和維護。

1.2 PLC在纜機上的應用特點

PLC的關鍵性能是應用可靠性高。因為使用了現代的大規模集成電路技術、精密的生產工藝制造、內部電路率先抗干擾技術，PLC具有較高的可靠性。PLC纜機控制系統，與具有相同大小的繼電器接觸器系統相比其電力布線和開關的接觸減少到一千分之一，故障率大大降低。此外，PLC具有及時警告和自我檢測功能。

應用者可以將外圍器件的相關故障自診斷程序編寫和植入應用軟件中，從而使不包括PLC的系統的電路以及設備也能獲得一定的故障自診斷保護。這樣的話，PLC的所有系統的可靠性得到極大的

提高。

PLC具有通訊能力，它可以運用人類的思維方式很容易地看到各種控制系統的組成。PLC的應用界和編程語言都很簡單，利于閱讀工程師接受。圖形標志事實上也是一種語言，它近似于不熟悉電路的計算機原理和匯編語言，因為可以從事相關的工業控制，贏得了工程師的歡迎。

2 PLC應用中需要注意的問題

2.1 工作環境

PLC要求工作環境溫度在0℃～55℃之間，在安裝的時候不能放置在發熱量大的元件之下，并且要確保四周通風散熱的空間足夠大。而空氣的相對濕度應該小于85%（無凝露）以確保PLC的絕緣性能。PLC要遠離強烈的震源，避免振動頻率為10～55Hz的連續或頻繁的振動。而當使用環境不可避免地震動時，一定要采取相應的減震措施，例如采用減震膠等。由于拉西瓦的空氣中有較多粉塵，于是將PLC安裝在封閉性較好的控制柜中，還要避免處于有腐蝕和易燃氣體的環境中。PLC對電源線所帶來的干擾擁有一定程度的抑制作用。由于纜機對于PLC的可靠性的要求特別高而且工地電源的干擾尤為嚴重，因此在控制柜中需要使用一臺隔離變壓器，且帶有屏蔽層的隔離，來降低PLC與地之間的干擾。纜機的PLC皆由直流24V輸出供電給輸入端，而當其使用的是外接的直流電源，選用的應是直流穩壓電源。由于波紋容易影響整流濾波電源，PLC容易產生接受信息錯誤的情況。

2.2 干擾源及一般分類

影響PLC控制系統的干擾來源中的大多數是生成電流或電壓變化的地方，其強勁的原因是當前的變化會產生一個磁場，熟悉設備產生電位差，電網字符串和空間電磁輻射信號的感知的常見模式是由電壓疊加形成的。

2.2.1 PLC系統擾動的主要來源和方法。強電干擾：PLC系統的正常供電來自于電源。它將所有的空間電磁干擾和在線路上感應電壓，原因是網格涵蓋范圍更廣。尤其是改變內部電網，電網短路過渡的影響、大型電力設備起止，刀開關操作增兵，交、直流傳動裝置引起諧波等，都是通過輸電線路的力量主要的一面。PLC容易造成相當程度的干擾的地方：控制柜內的高壓電器、大電感負載以及混亂的布線。信號干擾：和PLC控制系統連接各種信號傳輸線，除了傳遞有效外各種信息外，還有許多外部干擾信號侵入。信號干擾主要有兩種途徑：第一個是信號線由空間電磁輻射誘導干擾，即信號線在外部干擾，這種誘導非常嚴重。信號引入干擾將導致I/O信號工作異常和和測量精度大大降低，嚴重時將導致損壞組件。第二個是通過發射機電源或常見的信號儀器電源系列電源干擾，它常常是被忽視的。從地面系統混入的干擾：地球是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的一種重要的手段。在地面上，不僅能抑制電磁干擾的影響，并能抑制設備發送干涉；但是錯誤的接地將引入嚴重的干擾信號，使PLC系統不能正常工作。從PLC系統內部生產的干擾：主要從系統內部元件和電路的電磁輻射彼此之間產生，如模擬與邏輯的相互影響和相互組件不匹配使用、邏輯電路共同輻射及其模擬電路的影響。轉換器干擾：第一個是逆變器輸出會產生更強的電磁輻射干擾，從而影響正常工作的外圍設備。第二個是變頻器啟動和運行過程中諧波功率產生傳導干擾，造成電網電壓變化，影響電網供電效率。

2.2.2 主要抗干擾措施。

合理安裝和布線，抑制干擾。（1）電力線路、PLC和I/O線應該單獨地布線，隔離變壓器、PLC和I/O之間應該用雙絞線連接。PLC輸入輸出線和高功率線單獨去行，例如，必須在同一個線槽分別捆扎ac線和直流線，如果條件允許，分艙去行是最好的，這不僅可以使其具有盡可能大的空間距離，還可以將干擾降到最低限度。（2）PLC應當遠離強干擾來源，如電焊接機、大功率硅整流裝置與大型電力設備，我們不能和高壓電器安裝在相同的開關柜。這應該適當地在PLC遠離電力線路，它們之間的距離不得少于200毫米。與PLC和安裝在同一個壁櫥感應負載，如功率較大的繼電器和接觸器線圈應當平行RC消弧電路。（3）PLC的輸入和輸出最好單獨去行，開關量與模擬量也應單獨鋪設。模擬信號傳輸應當采取屏蔽電纜，屏蔽層應當結束或兩個地面和接地電阻應小于十分之一的盾牌抵抗。（4）交流輸出線與直流輸出線不能共享一個電纜，輸出線應盡可能遠離高壓線與電力線路，避免少數人平行。

采用合理的方式處理電源，防止電網引入的干擾：一可以安裝一臺隔離變壓器來使得設備與地的干擾減少，且需屏蔽層的變比為1：1；二可以將LC濾波電路串接于電源輸入端上。

I/O連接端必須遵守流動需求減少干擾。（1）輸入連接：福克斯輸入連接通常是太長了。環境妨害小，電壓降低不是很大，輸入連接適當長。福克斯輸入輸出線共享的電纜，輸入輸出應是線單獨的。（2）輸出連接：輸出端子連接點是獨立的出口和公共輸出。不同的組、不同的類型和電壓等級輸出的電壓不同。但是，同組在同樣的輸出時應該使用同樣的類型和同樣的電源電壓。（3）PLC輸出要素是被密封的印刷電路板的連接終端板，如果輸出元件連接負載短路，印刷電路板將被燒毀。（4）利用出力，能感應負荷的大小，影響PLC的使用壽命，應合理選擇使用感應負荷或者加入隔離繼電器。（5）PLC輸出負載會產生干擾，因此應采取相應的措施控制，例如直流出力飛輪管道保護、交流輸出電阻電路和吸收能力保護、晶體管和雙向晶閘管輸出旁路抵抗保護。

PLC具有正確的聯合網站和完美的接地系統。優良的基礎是PLC工作的重要保證，它可以有效避免電擊危險等外來電壓。PLC接地的目的一般有兩個：一個是為了安全，另一個是抑制干擾。完全的接地系統是PLC控制系統抗電磁干擾的重要保證。

PLC系統的主要的噪音是很多潛在的關節的位置分布不均勻，不同的地點之間的電位差相差較大，影響系統的正常工作。

此外，接地線、屏蔽層和地球有潛力發展閉環，在改變磁場的作用下，盾牌和將產生感應電流，通過屏蔽層和核心之間的耦合，將干擾信號電路。如果系統與其他地面處理混亂，土地流轉產生的可能在地面上形成分配不均的潛力，從而影響了PLC邏輯電路和模擬電路的正常運行。PLC操作邏輯電壓干擾公差是非常低的，邏輯上電位分布的干擾都可能影響到PLC邏輯操作和數據存儲，造成數據混亂，程序運行崩潰。模擬接地電位分布將導致測量精度下降，導致信號測量和控制的主要數據失真和誤操作。

（1）安全或電力接地：電源線接地端連接與柜體的安全地球地面。如功率泄漏或柜體的指控，可以安全到地下，但同時也不會傷害別人。

（2）系統接地：系統接地是PLC控制器控制每個設備。接地電阻不能大于4Ω，通常應該設備系統和PLC控制的開關電源的負面終端連接在一起，從而控制系統。（3）福克斯信號和屏蔽接地：通常需要信號線將會有唯一的參考，屏蔽電纜甚至可能產生傳導干擾場合，也必須要就地控制房間，“循環”的形成。當信號源接地，屏蔽層應當在信號側接地；在地球上，應當在PLC側接地；如信號線中間有聯合，應該讓屏蔽層堅定地連接和做絕緣治療，必須避免多點接地；在多個點信號屏蔽雙絞線與多核雙絞線電纜連接，每個完全屏蔽盾應該相互連接好，做好絕緣處理，選擇適當的接頭位于單點聯系。

2.3 避免干擾頻率轉換器

干擾如何處理有許多種方法，如下：

使用過濾器，濾波器具有高抗干擾功能，也可以避免干擾傳輸設備本身，有些甚至還具有峰值電壓吸收功能。

添加隔離變壓器，針對來自電源的傳導干擾，操作將很大一部分傳導干擾隔離在隔離變壓器之前。

使用輸出反應堆，在能量傳輸過程線安裝交換反應堆，在電機和變頻器之間減少轉換器輸出生成的電磁輻射，避免讓其他設備的工作受到影響。

3 結語

PLC在纜機上的應用很大程度地增強了纜機的綜合使用性能，使纜機工作得更加穩定可靠，使司機操作愈為簡潔，故障檢修更為便捷，日常維護也更為方便，特別是使纜機司機在操作的同時還可以監控纜機各個機構的運行狀況，極大地提高了纜機的安全性能。

（責任編輯：周加轉）