簡(jiǎn)述一種防止惡劣條件下控制回路失控的方法

劉強(qiáng) 趙以軍

摘 要 隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的日益成熟和不斷地推廣，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到化工、礦井、紡織、石油等各個(gè)場(chǎng)景。自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用使得控制系統(tǒng)更智能、更便捷。不但能夠達(dá)到節(jié)能降耗的要求，而且能有效降低人工操作頻次。自動(dòng)化技術(shù)的完美表現(xiàn)需要使用到大量的節(jié)點(diǎn)信號(hào)，不但包括開(kāi)關(guān)量輸入輸出信號(hào)，而且包括模擬量輸入輸出信號(hào)。本文主要論述一種開(kāi)關(guān)量信號(hào)在惡劣工況條件下經(jīng)常失控的解決方法。

關(guān)鍵詞 開(kāi)關(guān)量;繼電器;光電耦合器;自動(dòng)化;可靠性

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，電氣控制回路必須使用大量的干節(jié)點(diǎn)和繼電器完成某種控制信號(hào)的傳輸，同時(shí)需要和PLC系統(tǒng)及DCS系統(tǒng)進(jìn)行有效的聯(lián)結(jié)以完成更加智能、更加便捷的控制系統(tǒng)。而且作為節(jié)能降耗體系中的核心部件——變頻器也需要用到這些干節(jié)點(diǎn)信號(hào)的輸入及輸出。開(kāi)關(guān)量信號(hào)的可靠性在很大程度上決定了整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而這些開(kāi)關(guān)量信號(hào)的傳遞大多要用到繼電器。

以某公司為例，一套帶有變頻器設(shè)備的自動(dòng)控制回路，需要用到4個(gè)繼電器，分別用于傳遞DCS停止信號(hào)、變頻器故障停止信號(hào)、電機(jī)運(yùn)行停止反饋信號(hào)以及電機(jī)啟動(dòng)信號(hào)。其中DCS停止信號(hào)繼電器位于DCS機(jī)柜間，由DO卡件控制繼電器動(dòng)作;變頻器故障停止信號(hào)繼電器位于電氣配電室，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障后能迅速使系統(tǒng)中一次回路主接觸器釋放，進(jìn)而起到保護(hù)自控系統(tǒng)的作用;電機(jī)運(yùn)行停止反饋信號(hào)繼電器位于電氣配電室，繼電器觸點(diǎn)線路接入DCS系統(tǒng)DI卡件上，用于操盤(pán)人員觀察電機(jī)啟停狀態(tài);電機(jī)啟動(dòng)信號(hào)繼電器也位于電氣配電室，作用是操作人員能夠在現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)電機(jī)。

該自控系統(tǒng)近幾年經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)故跳車(chē)以及系統(tǒng)運(yùn)行信號(hào)不顯示等現(xiàn)象。經(jīng)查，主要原因是由于生產(chǎn)設(shè)備缺陷和工藝條件因素，在加之配電室密封存在為題，配電室內(nèi)常年充斥著懸浮固體顆粒物，這些物質(zhì)時(shí)常附著在電氣元件上，甚至進(jìn)入到繼電器內(nèi)部，造成繼電器觸點(diǎn)接觸不良而導(dǎo)致信號(hào)突然斷開(kāi)。雖然在原設(shè)計(jì)上已經(jīng)采用了防塵型繼電器，但依舊存在這類(lèi)問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，該公司決定采用光電耦合器進(jìn)行改造。

光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電-光-電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離[1]。而且光電耦合器密封新能良好，不存在接觸式觸點(diǎn)，可靠性更高。

如圖所示，原設(shè)計(jì)上KA、KA1和KA2只有三個(gè)繼電器，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，KA繼電器線圈得電，常開(kāi)觸點(diǎn)吸合，系統(tǒng)得到啟動(dòng)信號(hào)，電機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn);KA1繼電器使用了常閉觸點(diǎn)，正常運(yùn)行時(shí)繼電器線圈不得電。當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，KA1繼電器線圈得電，常閉觸點(diǎn)被斷開(kāi)，系統(tǒng)停止運(yùn)行;KA2繼電器分別使用了一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)和一對(duì)常閉觸點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)DCS系統(tǒng)運(yùn)行和停止反饋信號(hào)。但由于繼電器觸點(diǎn)沾有粉塵，原本導(dǎo)電性能優(yōu)良的觸點(diǎn)此時(shí)電阻增大，電流減小。當(dāng)電流減小到某一特定值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致該繼電器所在的控制回路失效，而出現(xiàn)各種系統(tǒng)故障。再者，由于該公司共有十幾個(gè)配電室，而且設(shè)備常年帶電，無(wú)法有效的清掃積塵，對(duì)于已經(jīng)進(jìn)入到繼電器等電器元件內(nèi)部的積塵根本沒(méi)有可行的清掃方法，故障頻發(fā)期，幾乎每個(gè)月都會(huì)出現(xiàn)因繼電器觸點(diǎn)接觸不良而導(dǎo)致的系統(tǒng)故障，因此，對(duì)這些故障點(diǎn)的改造勢(shì)在必行。

1改造方案

該公司使用了三塊Weidmuller 生產(chǎn)的型號(hào)為D-32758光電耦合器與原來(lái)的繼電器并聯(lián)。該光電耦合器輸入電源為220VAC，可以直接與原繼電器線圈并聯(lián)。輸出端接高電平直流電源，也可以與原繼電器觸點(diǎn)的導(dǎo)線連接形成并連帶電路。在該改造方案中并沒(méi)有將原有的繼電器拆除，而是選擇了并聯(lián)的方式，是為了更大程度的確?？煽啃?。也就是說(shuō)二者通過(guò)并聯(lián)使用后構(gòu)成了邏輯電路中的與門(mén)，其特點(diǎn)是只有二者都出現(xiàn)問(wèn)題才會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障。假設(shè)繼電器的故障率為0.1%，光電耦合器的故障率為0.05%，那么二者同時(shí)出現(xiàn)故障的概率只有0.1%×0.05%=0.005%。此時(shí)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率將減小到改造之前的十分之一到二十分之一。而處于DCS系統(tǒng)機(jī)柜間內(nèi)的DCS停車(chē)信號(hào)繼電器工作環(huán)境要優(yōu)于電氣配電室，而且使用了常閉觸點(diǎn)，繼電器線圈不需要常保持帶電狀態(tài)，只有當(dāng)DCS系統(tǒng)發(fā)出停車(chē)指令后，該繼電器線圈得電，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)后方可執(zhí)行停車(chē)過(guò)程，因此在該方案中沒(méi)有使用光電耦合器。

2結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采用本文中的改造方案，確實(shí)能夠提高自控系統(tǒng)的穩(wěn)定行，經(jīng)一年多的運(yùn)行情況來(lái)看，再?zèng)]有出現(xiàn)過(guò)因繼電器觸點(diǎn)接觸不良而導(dǎo)致的系統(tǒng)跳車(chē)，也沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)因繼電器觸點(diǎn)接觸不良而導(dǎo)致DCS系統(tǒng)電機(jī)運(yùn)行信號(hào)不顯示的情況。

參考文獻(xiàn)

[1] 韓正濤，陳洪征.液晶電視、顯示器用光電耦合器測(cè)試要求解析[J].電視技術(shù)，2013（12）：93-95.