PLC＋直流驱动器控制的起重机调速故障分析及排除

    摘要：通过对用美国GE公司的S6 PLC＋DC300控制的起重机电气系统原理进行分析研究，找出形成起重机调速故障的原因，并逐一改造处理使故障排除。

    关键词：PLC、DC300、直流驱动器、调速、门座起重机

    一、 前言                   （西门子PLC系列）

    我司现有门座起重机（以下简称门机）采用GE公司的S6 PLC＋DC300进行调速控制，由于该控制系统使用年限已越10年，各电器元件及线路已经严重老化，致使门机电气故障日趋频繁，尤其是门机1＃***近更是让人头疼，经常出现各机构动作比指令延迟，或者无快速挡，或者干脆有指令无动作，在下雨或大雾使环境湿度增加时故障由甚。针对此故障我们进行了深入研究分析，终将故障排除。

    二、 门机控制系统原理分析

    门机的控制系统采用GE公司的系列六PLC加DC300直流驱动器组成，各操作手柄采用模拟量无挡调速加开关信号作为正反向输出。门机各机构的调速信号主要通过以下电气元件传送到电机：电源、操作手柄、整流板、模拟输入板、智能模块、通讯母线、通讯控制板、A/D转换器、PLC主机、LAN BIU板、各机构驱动器以及各种电缆及接线端子。

三、 原因分析

    由于是各机构均会发生的故障，且受潮时更甚，因此可以断定该故障主要由各机构驱动器以前部分引起，且主要由易受潮部分受潮后信号受干扰引发。结合上面的电气原理分析及该系统现场安装情况，我们得出形成该故障的原因主要有：

    1、电源被干扰

    PLC及其输入输出模块，操作手柄以及开关信号的供电电源由于受潮造成对地漏电，电压下降，使系统不能正常工作。造成漏电的原因有：（1） 电缆老化，相间串电；（2） 接线端子灰尘过多，或绝缘老化使接于其上的电源漏电。

    2、电路板因潮湿，造成内部元件间的干扰

    电路板间及其上的元器件在设计时都有考虑到它们的抗干扰性能，但只是在一定的工作环境下才能发挥作用。一旦环境温度过高或者湿度超过它们的允许范围时，它们之间的相互干扰也就随着产生。如相互电磁辐射、逻辑电路相互辐射以及对模拟电路的干扰等。***终造成系统无法正常工作。

    3、信号线、通讯线老化

    信号线、通讯线因老化造成两极间串电，或对地、线间串电，从而造成控制信号不能被正确传输到PLC。

    4、来自外部电磁元件的干扰

    由于该系统的通讯线路与电机的动力电缆、磁场线及投光灯线路等强电线路共同排布于一电缆槽内，虽然中间有隔板分开，但因年代久远，隔板已腐蚀严重，因此起不到原先的屏蔽干扰的作用。信号线受空间电磁辐射感应的干扰，引起I/O信号工作异常，严重时还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机，从而使各机构不能按正常指令工作。

    5、接地系统混乱及接地不良造成的干扰

    接地是提高电子设备安全，提高电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地或接地不良，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统无法正常工作。因此，接地系统在PLC系统中是一个非常重要的部分。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。但由于维护人员技术水平的原因，未能认识到它们之间的差别，通常在维修保养的时候把它们都作为一种接地来处理，久而久之就造成接地系统的混乱。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。或在变化磁场的作用下，信号电缆屏蔽层内会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其他接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序丢失或死机。而模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

    四、 采取措施，排除故障

    通过以上分析，我们找到了门机1＃的症结所在。针对各个原因，我们采取了下列措施：

    1． 在电气室增设一台3匹空调器及一台除湿器，要求司机在湿度过大时启动除湿器，而空调器只要设备工作就启动，确保环境温度及湿度在电气系统的允许范围内，消除电路板因发热或潮湿引起的干扰。

    2． 更换老化的电源、信号电缆，其中信号电缆采用屏蔽电缆，并在布线时，将电源电缆与信号电缆分开排布，保持距离，避免电源电缆对信号电缆的电磁辐射干扰，同时，信号电缆的排布还要绕开投光灯、电机等电磁干扰较大的设备。更换绝缘下降的接线端子，加强设备的除尘等保养工作，消除电源、信号线间及对地串电。

    3． 正确选择接地点，完善接地系统。对整机接地系统进行整理，严格按照系统地、屏蔽地、交流地和保护地分别接地，各接地点接地极的接地电阻要小于2欧姆，而且系统地和屏蔽地的接地点要与强电设备的接地点相距10米以上。从而消除来自接地系统混乱，接地不良时的干扰。

    4． 为了进一步减少干扰，我们在操作手柄的信号两极间加入了滤波器，吸收掉信号间的谐波干扰；再在模拟输入板的输入端子信号与地间并接吸收电容，减少共模干扰，确保系统正常运行。

    五、 效果验证

    通过采取了上述措施后，门机1＃运行至今已有8个多月，经历了多雨多雾季节的洗礼，至今再未发生过一次调速故障。可见，我们的分析及处理办法是正确的。为了避免其余的门机也产生象门机1＃一样的调速故障，我们采取了相同的措施进行预防。同时，加强对设备的维护保养，定时对接地系统及保护元件进行检测，确保设备可靠运行。