摘要：烟叶是卷烟厂最基本且最重要的原料，烟叶仓库的存储环境对物流、安全和生产工艺等环节影响巨大，因此，烟叶仓库都通过除湿机设备自动调节仓库内的环境温湿度，以保证烟叶的存储环境。除湿系统控制对象复杂，有恒温、恒压和恒湿等多个PID调节，采用西门子S7-1200 PLC作为控制系统。本文主要分析了造成除湿系统PLC控制器故障的主要原因，提出了线路改造方案，并对改造效果进行评价。
关键词：PLC；电源功率；电流消耗；通讯模块；
引 言：除湿机是对仓库的温湿度进行调节控制的主要设备，《烟叶储存保管方法》规定烟叶仓储环境温度需30℃以下，环境湿度宜为55%~65%。海南地处热带，属于高温高湿气候，夏秋季节台风频发，受防风防汛影响，仓库自然通风时间短，烟叶仓库的环境温湿度调节离不开除湿机设备。海红公司烟叶仓库共有5层，每层配备除湿机4台，除湿机采用冷冻除湿原理对烟叶仓库的温度及湿度进行调节控制。随着使用年限增长，除湿机设备故障频发，严重影响了烟叶仓库正常存储环境的工艺要求。通过调查统计，造成除湿机故障的主要共性原因是PLC控制器通讯故障。
1 故障原因分析
除湿机的电气控制系统采用德国西门子S7-1200PLC作为控制器，CPU 1214C通过CSM 1277通讯模块与触摸屏利用以太网RJ45接口进行通讯，通过SM 1234模拟量模块处理仓库的温湿度等模拟量，并输出电流信号控制风机变频器，控制系统电气原理图如下：
图1 控制系统电气原理图
本控制系统中，除去触摸显示屏由额外的开关电源提供24VDC电源外，其他模块的24 VDC均由PLC内部电源提供。CPU 有一个内部电源，用于为 CPU 本身和任何扩展模块供电以及满足其他 24 VDC用户的功率要求，该电源可以为本地输入点或扩展模块上的继电器线圈供给 24 VDC。通过查阅控制器系统手册，常用的S7-1200 PLC的供电能力如下表所示：
表1 各CPU型号供电能力统计表
对于I/O点比较少的PLC，在不超过PLC内部电源负载能力的情况下，可以用内部24 VDC电源输出供电，如果 24 VDC 的功率要求超出 CPU 的功率预算，则需要增加外部 24 VDC。烟叶仓库除湿机控制系统中，电流消耗统计如下：
表2 除湿机控制系统电流消耗统计表
由表可以看出，除湿机控制系统的电流消耗337mA小于CPU提供的400mA的负载能力，但是，随着使用年限的增加，PLC的内部电源负载能力会发生衰退，所实际提供的负载能力应该是小于400mA的，因此，在PLC选型时，会要求PLC的负载电流有20%的裕量，即负载电流小于等于320mA。通过比较得知，除湿机控制系统的电流消耗337mA大于320mA的系统设计要求，所以，控制系统的PLC内部电源属于长期高负载运行状态，这样也会加快PLC内部电源的衰退，随着使用年限增长，造成CPU因电源功率不足而无法正常工作，使系统报警为PLC控制器通讯故障。
改进措施
通过原因分析，确认了造成除湿机通讯故障的因素为PLC内部电源功率负载过大，要从根本上解决问题，需要改变控制系统的控制线路，将PLC内部电源的部分负载改由外部24VDC电源供应电。
图2 控制系统改进后电气原理图
将除PLC自带输入输出点以外的温湿度传感器、SM 1234模拟量输入模块和CSM 1277通讯模块等用电模块改由外部24VDC电源供电，经计算得知，负载的电流消耗约为280mA。而触摸显示屏的外部开关电源额定电流供为500mA，由于触摸显示屏自身的电流消耗为208mA，为了满足系统配置需要，更换外部大功率开关电源，更换后的开关电源电流供应为1100mA。线路改进后，触摸显示屏、温湿度传感器、SM 1234模拟量输入模块和CSM 1277通讯模块等用电模块由外部24VDC开关电源供电。
改造效果
在改进措施实施后，除湿机的PLC通讯故障报警消失，除湿机恢复正常运行，通过对PLC内部电源的电流消耗情况进行统计，具体数据如下：
表3 改进后除湿机控制系统电流消耗统计表
结束语：
PLC是在工业自动化领域最重要、应用最多的控制装置，在卷烟工业中也获得了极大范围的应用。PLC的设计选型，除了应详细分析工艺过程的特点、控制要求和明确控制任务外，还需要根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量和各功能模块的电流消耗等，同时也要考虑到随着使用年限增长，电子器件的工作能力下降后，如何延长设备的合理使用寿命。
参考文献：
[1]徐志红. PLC选型的问题[J]. 科技信息:学术研究 , 2006 (6)
[2]刘美俊. PLC的故障诊断与维护方法[J]. 《机床电器》 , 2006
论文作者:黄奕焕,李承刚
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
标签：除湿机论文; 烟叶论文; 控制系统论文; 电流论文; 电源论文; 负载论文; 仓库论文; 《电力设备》2018年第19期论文;