电控柜摆放的位置是否合理对整个生产线能否安全运行，能否降低设备安装的资金成本起着关键的作用。
在工业各种电气控制中，不同电气控制线路的电压等级不同，不同回路不能共用1根多芯控制电缆。电控柜在超长的生产线上，摆放位置要充分考虑合理、节省线缆及原材料。
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图1 本段生产线各电气控制盒的分布
存在的问题
天津清源电动车辆有限责任公司现有1条电动汽车U字型生产线，共分为3段；各段电控柜均为PLC与变频器配合控制拖动系统的运行，其中最后一直线段称为“最终装配线双板式链输送系统”。这段线长为94m，平均分布着17个控制盒，即S1…S17（E1装在S1上…E17装在S17上）。每个盒上各有一个急停按钮、放行按钮、自动/手动按钮、系统启动按钮和急停指示灯。如图1所示，各工位急停按钮E1…E17串联后控制小型继电器KA4。
理论上，通常全部急停按钮在没按下时，继电器KA4吸合，由KA4的动合点导通使PLC INPUT 1的IN-1得到高电平信号表明正常，系统可运行（如图2所示）。按任何一个急停按钮都能使KA4失电，PLC认为系统有问题，即令生产线停止运行。
生产线运行几周后（各种配套设备同时运行），大家发现实际的运行情况与上述理论不相符。依次按急停按钮E1…E7，并且是E1…E7同时按下，常闭接点都断开，继电器供电回路绝对被断开，生产线仍不能停止运行，再多按几个急停按钮，才能把生产线停下来。
原因分析
1. PLC情况分析
起初大家认为可能是PLC出现问题，但很快被否决了。因为PLC平均无故障时间可达到几十万小时，质量是有保证的，而且查阅PLC输入、输出点 LED指示灯的记录，PLC INPUT 1的输入点IN-1的 LED仍然亮，这说明KA4的动合点闭合，再仔细观察，继电器KA4仍然带电吸合，系统不能停下来。
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图2 主控柜内部分PLC原理
2. 继电器KA4的常开接点检查
起初以为是继电器KA4的常开接点“粘住”了，而按下E17急停按钮KA4停止吸合，生产线停止运行。这说明继电器KA4的接点没有“粘住”。经过仔细分析发现图1中的E1…E17为每个控制盒上的急停按钮，每个控制盒都穿1根1.5mm2的8芯控制电缆到图1中的PLC主控柜。这8芯电缆分配如下：2根急停线、2根指示灯线、4根线是PLC的自动/手动、放车、系统启动控制线，共17根控制电缆，通过桥架从各控制盒汇集到PLC主控柜端子排上。 17对急停线在PLC主控柜端子排上分别用导线串起来。
这种布线在理论上的优点是，假设17个急停按钮任何一个出问题，如常闭触点接触不良，不用逐个打开控制盒检测，在PLC主控柜的端子排上用万用表交流电压档，测量出有交流220V电压的端子，就能找出接触不良的急停开关。
这种布线的缺点是，不仅多耗费控制电缆，这17根8芯电缆敷设在同一150×80的桥架内，急停按钮线从控制盒经过几十至100m的桥架到PLC主控柜，然后再从主控柜返回到另一有急停按钮的控制盒，这样共有17个来回，17组急停串联长度约1900m构成一个“线圈”；而且同一8芯电缆的2根急停指示灯线也是交流电压220V，与另外2根急停按钮线之间距离就是电线的绝缘层。急停按钮有1对常开、常闭。每组急停按钮的常开触点控制着相对应急停指示灯，这样常闭触点断开，常开触点将急停指示灯接通。导致图1中急停按钮连锁的急停指示灯回路构成感应耦合回路，使得KA4线圈仍然有感应电压来维持线圈吸合。KA4继电器型号为OMROM MYSNJ 220/240VAC，其消耗电极小，约15mA就能维持其吸合。这就是按急停按钮不能使生产线停止运行的原因之一。
3.其他原因
还有一种可能的原因为：急停按钮控制线与急停指示灯线的距离非常近，仅隔电线的绝缘层，两线之间存在着电容；线越长电容量就越大，相当于两个回路之间接了一个电容器。
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图3 由图1改变后的急停按钮原理
交流电是能够通过电容器的，而KA4线圈有15mA就能使其吸合。加上100多盏电子镇流器日光灯的线路、其他辅助设备电源电路也敷设在同一电缆槽内，在继电器KA4的线路上产生感应电压就不足为奇了。
应对措施
1.简单措施
对上述造成生产线不能停止运行的原因，我们将图1中17个急停按钮为一组分成3组（如图3所示），E1…E4距PLC主控柜较远、E5…E10在中间、E11…E17距PLC主控柜较近，所以每组急停按钮数量有所不同。这样急停的控制线回路就短了，3条急停回路的感应电压明显减小。将图3中KA4、 KA44、KA45的常开串在一起作为PLC INPUT 1的输入信号（如图2所示）。经过对线路的改进，系统设备运行几周后再按E1…E17任意按钮都能使生产线停止运行。系统的急停按钮不起作用的问题解决了。
2.最佳措施
从图1可以看出PLC电控柜摆放在生产线的末端位置不合理，将其摆放在生产线的中央位置为最佳（如图4所示）。以控制柜为中心，把E1…E8与 E9…E17这两大组控制电缆、日光灯线向两侧敷设，可减少他们之间的干扰。其他辅助设备电源电路对生产线的影响也就小多了；同时可节省约500m的8芯控制电缆，约用420m控制电缆即可。E1…E8为一组急停按钮、E9…E17为另组急停按钮，他们不在同一段电缆槽内，各自反方向敷设；分别用210m控制电缆即可，产生感应电压降低了，线与线之间的电容量小多了。 S1…S8与S9…S17长度同样减少。
注意事项
从上述分析中我们可以得知，控制线中不同回路的超长线路距离不能太近，而且最好敷设在不同电缆桥架或槽板内。值得注意的是，PLC输入回路目前没有受到干扰，其电源回路为直流、电压为+24V，它也同在8芯电缆之内，这说明PLC的抗干扰能力是较强的，但是工频线路与PLC的输入线路距离如此近，控制线缆一旦被鼠咬或外力损害造成短路，很容易造成PLC输入端遭到过电压侵害，导致PLC的损坏。
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图4 PLC主控柜摆放最佳示意
上述案例中，急停按钮不起作用的最重要的原因是：敷设线缆时没按电缆安装规范进行安装敷设、PLC主控柜摆放位置不合理。如果设备的急停按钮不起作用，就意味着重大人身安全或财产损失事故有可能发生。因此保持急停按钮的可靠性尤为重要。
特别要强调的是，敷设线缆时必须按安装规范进行安装敷设。应该做到：
1.敷设线路较长时，相同电压等级的不同回路，相互间净距不小于35mm；动力线与信号线缆尽量敷设在不同桥架内，否则应增大两者间的距离以减少干扰。当两线平行敷设长度40～100m时，一般两线间距为150mm以上；100～200m时，两线间距为300mm以上；超过200～300m时，两线间距为500mm以上。
2.虽然现在PLC的抗干扰能力比5年前的产品增强了，但是为了防止外力破坏及鼠患对PLC的输入、输出回路产生过电压，避免对PLC的损害，PLC的输入、输出线就必须与动力线分开，距离在150mm以上。如不能保证上述距离可将电缆线穿铁管，并将铁管接地，绝不允许将PLC的输入、输出线与工频动力线捆扎在一起。
作者: 陈树华 原载: 天津清源电动车辆有限责任公司
