卷揚式啟閉機控制回路誤動故障的分析與處理

卞春兵，張立堅，葉 婷，劉 濤

（江蘇省灌溉總渠管理處，江蘇 淮安223200）

1 概 述

2 誤動故障情況

該閘因標(biāo)準(zhǔn)化管理需要，對原控制回路電纜接線不規(guī)范進行規(guī)范化整理。在整理PLC 柜內(nèi)接線時，不拆線的情況下無法進行整理，故對柜內(nèi)的接線進行了拆線整理并重新接線。雖然閘門現(xiàn)地控制柜的轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1 已轉(zhuǎn)換至現(xiàn)地狀態(tài)，但在此過程中誤觸發(fā)了現(xiàn)地控制柜15 號閘門啟閉機的上升運行控制回路；當(dāng)閘門達到設(shè)計開高時限位開關(guān)、超限保護以及閘門開度儀的上限保護均未及時動作切斷控制回路，啟閉機仍持續(xù)上升運行，帶動閘門直至門頂動滑輪與啟閉機底部平衡輪相碰并持續(xù)上升至滑輪組損壞、鋼絲繩拉斷，閘門自由落下。在相碰拉斷鋼絲繩的過程中電機過載保護熱繼電器也未動作，也未切斷控制回路。

3 誤動原因分析

通過對該閘控制原理圖的分析并結(jié)合現(xiàn)場情況，初步判定發(fā)生此次誤動故障的原因。

（1）控制回路設(shè)計存在一定缺陷，現(xiàn)地柜轉(zhuǎn)換開關(guān)雖切換在現(xiàn)地控制位置，在遠控端PLC 柜內(nèi)的控制電纜發(fā)生互相觸碰或短接時，會觸發(fā)控制柜內(nèi)上升或下降接觸器動作并自保持住動作狀態(tài)。

（2）上限行程開關(guān)未能準(zhǔn)確動作，致使閘門行至頂部未能及時切斷控制回路。

（3）閘門開度儀超過閘門最大上行程時，未及時發(fā)出保護信號，切斷控制回路。

（4）當(dāng)電機發(fā)生過載時，過載保護熱繼電器未能正確動作，保護切斷控制回路。

3.1 控制回路缺陷分析

如圖1 所示，該閘啟閉機控制設(shè)有現(xiàn)地和遠程兩種控制方式，當(dāng)現(xiàn)地控制方式時轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1的9 與11、13 與15、17 與19 分別接通，當(dāng)采用遠程控制方式時轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1 的10 與12、14 與16、18 與20 分別接通。

從圖中可看出，無論轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1 在何位，其9、10、11、12、13、14、17、18 端子均與L1 處于等電位狀態(tài)；也就是通往PLC 控制柜端子上的“遠控停”的2 根電纜始終對地存在220 V 的電壓，只要與“遠控升”或“遠控降”右側(cè)通往PLC 柜端子上的電纜接觸即可觸發(fā)“升”或“降”電路的交流接觸器動作。另兩個回路的自保持接點KM11和KM12 均直接與上述等電位點相通，誤碰觸發(fā)接觸器動作后，接觸器即可自保持住工作狀態(tài)，直到現(xiàn)地控制時按下停止按鈕SB12、遠程控制時PLC分斷遠控停繼電器、達到上、下限時1SP、2SP 常閉接點斷開、超過上下限時SP1、SP2 常開接點閉合或閘位計達到上、下限設(shè)定值時其保護輸出常開接點閉合K11、K12 吸合其串接在控制回路的常閉接點斷開中的任一條件出現(xiàn)，才能使控制回路斷開接觸器停止工作。其主要原因就是每臺啟閉機無論在現(xiàn)地還是遠程控制情況下通往PLC 柜端子的1 組6 根控制電纜中均有2 根對地220 V 電壓的電纜，只要與其余4 根電纜中的2 根發(fā)生觸碰即可觸發(fā)“升”或“降”控制回路，并使其自保持住工作狀態(tài)，如未能及時發(fā)現(xiàn)停止運行各類保護裝置又失靈將導(dǎo)致事故發(fā)生。

3.2 行程開關(guān)未動作原因分析

如圖2 所示，通過現(xiàn)場行程限位機械指針?biāo)肝恢每煽闯觯ㄒ妶D2），在發(fā)生故障時閘門實際已經(jīng)開致其最大開高4.5 m 處?？纱_定當(dāng)時上限位開關(guān)1SP 常閉和超限開關(guān)SP1 常開接點均未動作，未能及時切斷控制回路（見圖3）。拆開檢查發(fā)現(xiàn)，手動推動微動開關(guān)，使其動作時能可靠切斷“上升”控制回路，但其內(nèi)部觸動微動開關(guān)的捌臂均處于自由轉(zhuǎn)動狀態(tài)，未鎖定，也沒能觸動微動開關(guān)動作并切斷控制回路停止啟閉機運行。

3.3 開度測控儀達上限未動作原因分析

該控制柜每孔閘門啟閉機還配備有1 臺徐州淮海電子傳感工程研究所生產(chǎn)的ZWY—4Ⅲ型閘門開度測控儀（見圖4），分別通過與限位開關(guān)同軸安裝的編碼器和安裝在啟閉機平衡輪處的荷載傳感器連接采集閘門的開度及荷載量信號（見圖5），在本機面板數(shù)碼顯示同時，通過RS485 接口傳送至自動控制系統(tǒng)?？赏ㄟ^對其內(nèi)部P07 最高開度定值的設(shè)定來設(shè)定其上限開高保護，當(dāng)其開高值達到設(shè)定值時其保護輸出常開接點閉合中間繼電器K11 吸合，其串聯(lián)在上升控制回路的常閉接點K11 斷開并切斷上升控制回路，停止啟閉機上升運行。如開高上限值設(shè)置不正確或開度編碼器以及編號器連接至開度測控儀的線纜出現(xiàn)故障未能及時提供準(zhǔn)確的閘門開高信號，則該保護處于無效狀態(tài)，也不能及時停機。

通過查看該裝置設(shè)置參數(shù)，PP25 閘門開度總量程設(shè)置值為160.00 m，最高上限開度參數(shù)PP07 查看發(fā)現(xiàn)其設(shè)計值為9.0 m，均超出該閘閘門允許最大開高4.5 m，由此判斷最高上限保護未能及時切斷上升控制電路的原因為其最高上限參數(shù)設(shè)置問題。

3.4 電動機保護未動作原因分析

該閘啟閉機電機型號為YZ160M1—6 起重及冶金用三相異步電動機，額定工作電壓380 V，額定工作電流13 A，但實際電機工作電流啟門時在3.5 A左右，閉門時2.5 A 左右（見圖6），其電動機保護選配的熱繼電器為施耐德配LAD7B106 底座LRD21 型，最小可整定電流為2 A，最大可整定電流為18 A。整定旋鈕由2 A 至15 A 位置共化分為3格每格約為4.33 A，現(xiàn)場整定旋鈕尖頭指在2 安過點的位置，也接近電機的實際啟門工作電流；但在不經(jīng)校驗的情況下，無法準(zhǔn)確確定電流整定情況，易出現(xiàn)拒動情況。

熱繼電器雖然結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，但它自身的保護功能比較少，很多情況下都無法起到保護作用。而且，熱繼電器還存在重復(fù)性差、大電流過載故障之后不能再次使用、調(diào)整誤差大等缺陷。據(jù)不完全統(tǒng)計，每100 次的電動機發(fā)生故障中，熱繼電器能夠起到作用的次數(shù)不到30 次，保護性能不太可靠，這也有可能是導(dǎo)致這次故障發(fā)生后熱繼電器過載保護未能準(zhǔn)確動作的原因。

4 防誤動故障處理

通過對誤動故障原因的分析，需對其控制回路進行改進，行程開關(guān)進行調(diào)整鎖定，閘門開度測控儀參數(shù)進行重新設(shè)定?，F(xiàn)地控制狀態(tài)下當(dāng)行程開關(guān)處于零位、超下限或開度測控下限保護輸出時，其中任一種保護動作后按下“下降”啟動按鈕SB13下降回路應(yīng)不能工作；當(dāng)行程開關(guān)處于上限、超上限或開度測控儀上限保護輸出時，其中任一種保護動作后按下“上升”啟動按鈕SB11 上升回路應(yīng)不能工作。按下熱繼電器KH 測試鈕后，無論按下“下降”按鈕SB13 還是“上升”按鈕SB11 控制回路均不能工作。通過對整個系統(tǒng)進行全面測試，以避免同類誤動故障再次發(fā)生，確定啟閉機運行安全可靠。

4.1 改進控制回路

現(xiàn)地與遠程轉(zhuǎn)換回路的改進，將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1的13 與17 號樁頭連接后與停止按鈕SB12 連接，將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1 的14 與18 號樁頭與遠控停的常閉接點連接（見圖7）?！吧仙焙汀跋陆怠被芈纷员３只芈返母倪M，將原來現(xiàn)地與遠程控制共用的自保持常開接點改為由兩組常開接點分別自保持的接線方式。

經(jīng)改進后，當(dāng)現(xiàn)地控制柜轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1 在再地控制位置時轉(zhuǎn)換開關(guān)12、14、18 樁頭以及通往PLC 柜的電纜對地均不會再產(chǎn)生220V 電壓，其引至PLC 柜的一組6 根電纜無論任意發(fā)生觸碰，均不會再觸發(fā)“上升”或“下降”控制回路使其接觸器吸合工作并保持住工作狀態(tài)，實現(xiàn)現(xiàn)地控制與遠程控制的真正分離。

4.2 調(diào)整行程開關(guān)

將行程開關(guān)的傳動軸與啟閉機傳動軸分離，轉(zhuǎn)動行程開關(guān)轉(zhuǎn)軸，將機械指示調(diào)整至零位后將其下限位拐臂旋轉(zhuǎn)至下限位微動開關(guān)2SP 常開接點分開；同時將下限超限限位開關(guān)SP2 常開接點處于半壓下的狀態(tài)，并將兩拐臂的鎖緊螺絲鎖緊。同過卷向直徑以及開式齒輪的傳動比計算出啟閉機傳動軸轉(zhuǎn)動一圈即限位開關(guān)轉(zhuǎn)動一圈時閘門的實際開高，以此確定出閘門最高開高時限位開關(guān)轉(zhuǎn)軸需轉(zhuǎn)的圈數(shù)。將限位開關(guān)按計算的圈數(shù)轉(zhuǎn)至閘門允許的最大開高處并查看機械指示是否與其吻合，將其上限位拐臂旋轉(zhuǎn)至下限位微動開關(guān)1SP 常開接點分開；同時將上限超限限位開關(guān)SP1 常開接點處于半壓下的狀態(tài)，并將兩拐臂的鎖緊螺絲鎖緊。為確保安全可將上限位設(shè)定至該閘正常運行的最高開度為宜，而并非其最大開度。

4.3 重設(shè)閘門開度

因閘門開度編碼器是與行程限位開關(guān)同軸安裝，所以在調(diào)整行程開關(guān)上下限時也應(yīng)該同步進行閘門開度控制儀的調(diào)整。首先設(shè)置其開度總量程大于所需的最高開度值，零位調(diào)整的同時將測控儀開高參數(shù)置零位，并將其最大和最小允許開高保護值設(shè)定正確。在零位時其最小即下限保護輸出正常能夠準(zhǔn)確切斷“下降”控制回路。在將行程限位開關(guān)旋轉(zhuǎn)至最高開度的過程中同時觀察開度測控儀的開高值是否隨其同步變化，當(dāng)達到最大開度上限允許值時，上限保護輸出正常能夠準(zhǔn)確切斷“上升”控制回路。

4.4 選用和整定電機保護

仍使用熱繼電器進行電機過載保護，同時按啟

門時電動機的工作電流來整定熱繼電器的定值，并對熱繼電器進行校驗，確認其保護電流的準(zhǔn)確性和動作可靠性［1］；但其保護性能差，誤差大，易受環(huán)境溫度等影響，導(dǎo)致動作時間不一致，出現(xiàn)誤動或拒動現(xiàn)象，經(jīng)過一段時間的運行后難以確保其準(zhǔn)確可靠。如能更換為電機綜合保護器進行保護，雖然成本高，但其節(jié)能，動作靈敏，精確度高，重復(fù)性好，保護功能比較齊全［2］，具有過流、堵轉(zhuǎn)、三相不平衡、斷相、過電壓、欠電壓、短路保護等功能［3］，壽命也長，更具有可靠性和方便性。

5 結(jié) 語

卷揚式啟閉機的正反轉(zhuǎn)控制電路應(yīng)用廣泛，其根據(jù)各類工程現(xiàn)場的實際情況控制電路的設(shè)計也是多種多樣，我們在進行電路設(shè)計時應(yīng)合理優(yōu)化避免可能出現(xiàn)的各種誤動故障。在進行設(shè)備現(xiàn)場安裝調(diào)試時也應(yīng)認真仔細，確保各種保護動作可靠，保證設(shè)備在允許的工作范圍內(nèi)安全可靠的運行。