工程機(jī)械設(shè)備電氣控制系統(tǒng)故障分析及檢查排除

李志鵬

（湖南現(xiàn)代物流職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410131）

一般工程機(jī)械設(shè)備作業(yè)環(huán)境較惡劣，運(yùn)行時間較長，作業(yè)時會產(chǎn)生較大的噪音、振動和沖擊，因此，設(shè)備需要定期和不定期檢查和維護(hù)保養(yǎng)，避免故障及隱患。一旦發(fā)生故障，需要盡快排除，避免故障蔓延和造成重大安全隱患及經(jīng)濟(jì)損失。同時，除了日常維護(hù)管理外，突發(fā)事件也必須盡快處理。

1 電氣控制系統(tǒng)故障的危害

如果電氣控制系統(tǒng)存在配線錯誤或短路等，則會引起嚴(yán)重故障。一般來說，當(dāng)電氣控制系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，電流會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過額定電流，甚至?xí)_(dá)到數(shù)十倍的額定電流，導(dǎo)致電器和配電線路的起火。嚴(yán)重的情況下，也有可能對相關(guān)人員的生命安全造成危害。如果系統(tǒng)故障嚴(yán)重，系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備大或小面積損壞可能導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)癱瘓。由于交流異步電動機(jī)的運(yùn)行速度較慢，定子的電流過于較大會對異步電動機(jī)內(nèi)的繞組電路造成巨大的損壞，影響傳動系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。如果自動電控控制系統(tǒng)的勵磁電流頻率過大，會直接產(chǎn)生較大的電磁沖擊波和電流，會嚴(yán)重?fù)p壞相關(guān)傳動機(jī)器的齒輪旋轉(zhuǎn)軸等零件[1]。

2 電氣控制系統(tǒng)常見的故障

2.1 線路接觸不良

在機(jī)械設(shè)備（如斗輪機(jī)、堆取料機(jī)、斗輪機(jī)類，液壓鐵水車、抱罐車等）使用過程中，線路接觸不良是常見的電氣故障。開關(guān)的連接位置和控制電路接觸不良等導(dǎo)致控制驅(qū)動系統(tǒng)的正常動作被強(qiáng)迫停止，接觸不良的形成原因主要是操作不當(dāng)、作業(yè)環(huán)境惡劣或者電氣線路老化，內(nèi)部電流流動受到嚴(yán)重阻礙，連接節(jié)點(diǎn)發(fā)生問題。這會對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行狀況產(chǎn)生一定負(fù)面影響。如果不及時處理導(dǎo)致線路接觸不良，將可能會對系統(tǒng)線路切斷、漏電、短路、設(shè)備和系統(tǒng)操作管理人員的安全生命造成極大威脅。

2.2 電氣過載

所謂過載，指負(fù)荷過大，超過了設(shè)備本身的額定負(fù)載，產(chǎn)生的現(xiàn)象是電流過大，用電設(shè)備發(fā)熱，線路長期過載會降低線路絕緣水平，甚至燒毀設(shè)備或線路。電氣設(shè)備過載的發(fā)生原因主要是指在電氣控制系統(tǒng)中電氣設(shè)備過多或并列電壓不穩(wěn)定，增加通過系統(tǒng)的輸入電壓和輸出電流，產(chǎn)生巨大的電氣熱量，破壞了系統(tǒng)[2]。

2.3 短路故障

短路故障是指運(yùn)行中一部分電路短路的現(xiàn)象。電源兩端直接串聯(lián)，過電流會直接通過電源，損壞整個系統(tǒng)電路中的元器件。這不僅可能會直接造成重大經(jīng)濟(jì)損失，還可能會直接引起重大火災(zāi)，威脅現(xiàn)場相關(guān)工作人員的人身安全。一般來說，引起控制系統(tǒng)短路的直接原因主要是由于系統(tǒng)設(shè)計、安裝不合理和使用不當(dāng)，而直接導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部絕緣驅(qū)動裝置發(fā)生損壞或?qū)е孪到y(tǒng)內(nèi)部裝置性能劣化。

3 機(jī)械設(shè)備電氣控制系統(tǒng)故障分析與處理

電氣控制系統(tǒng)故障特征分為兩部分，一部分是電氣控制系統(tǒng)本身的故障，另一部分是現(xiàn)場控制設(shè)備的故障。這兩部分故障存在于整個生產(chǎn)過程中，故障是生產(chǎn)中斷的總和。一方面，電氣控制系統(tǒng)控制的常見故障包括電源故障、常規(guī)電路故障、控制系統(tǒng)故障和通信故障。另一方面，現(xiàn)場控制設(shè)備的故障一般為觸點(diǎn)接觸不良故障，如斷路器、繼電器、各種開關(guān)、接觸器、接線盒、端子等。以下主要是對斗輪機(jī)電氣控制系統(tǒng)故障的詳細(xì)分析。

首先，斗輪機(jī)駕駛室觸摸屏上會出現(xiàn)當(dāng)前報警信息、歷史報警信息和系統(tǒng)診斷代碼，依據(jù)各個診斷代碼的檢索說明和解決措施，可以快速識別故障、定位故障并分析具體故障原因。相關(guān)維修人員可以結(jié)合現(xiàn)場情況、系統(tǒng)信息和其他檢測工具綜合分析故障，并根據(jù)發(fā)現(xiàn)的故障原因進(jìn)行維修，以便盡快排除相關(guān)故障。

其次，電氣控制系統(tǒng)的輸入輸出狀態(tài)可以反映一些故障信息，也可以作為故障分析的依據(jù)。電氣控制系統(tǒng)的輸入和輸出狀態(tài)一般可通過指示燈顯示。通過模塊指示燈的實(shí)際狀態(tài)，可以分析故障的相關(guān)信息和情況，確定是外部命令故障還是內(nèi)部系統(tǒng)程序故障，或者內(nèi)部部件損壞形成故障[3]。

最后，通過斗輪機(jī)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對故障進(jìn)行診斷和分析。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時動態(tài)全面監(jiān)控電氣控制系統(tǒng)，通過監(jiān)控發(fā)現(xiàn)并分析可能的故障原因，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)檢查相應(yīng)的電路，最終確定故障位置并排除故障。

4 電氣控制系統(tǒng)故障檢查

4.1 目視檢查方法

該方法不使用任何器具設(shè)備，不改變布線，僅根據(jù)故障的外部表現(xiàn)，通過視覺、聽覺等方式直接觀察，檢查和判斷的故障，電氣設(shè)備故障的檢查首先采用目視檢查法，目視檢查法可以采用非帶電觀察法和通電觀察法，發(fā)現(xiàn)故障后修理電氣零部件時，不僅更換損壞的零件，還要根據(jù)電路原理分析故障的真正原因和其他損傷部件，如果沒有發(fā)現(xiàn)，就不能去除真正的故障元件，設(shè)備啟動后更換的零件會損壞。

4.2 比較檢查法

該方法將測試數(shù)據(jù)與圖紙和運(yùn)轉(zhuǎn)記錄的參數(shù)進(jìn)行比較，判斷出故障。以斗輪機(jī)為例，斗輪機(jī)電路內(nèi)的多個電氣設(shè)備零部件分別屬于同一電源控制型號功能或多個相同控制型號功能時，將共同沒有故障數(shù)據(jù)或異常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)記錄的一個電器，與同時處于良好動作狀態(tài)的同一控制型號的其他電器共同進(jìn)行區(qū)別比較，共同進(jìn)行控制斗輪機(jī)也可以通過其他類似控制部件或相同型號電源控制部件的異常動作狀態(tài)判斷是否故障。

4.3 電壓檢測方法

電壓檢測檢查方法不僅包括檢查電氣設(shè)備的各種開關(guān)電源啟動電壓，還包括檢查各級開關(guān)電子管、晶體管、集成電路的各種靜電位。以斗輪機(jī)為例，根據(jù)判斷斗輪機(jī)控制面板上的供電電壓方式，測量各點(diǎn)的輸出電壓正常值和輸出電流值，與所測正常值電壓相比，判斷斗輪機(jī)故障，發(fā)生故障時，首先需要測量各點(diǎn)電壓電流是否正常。即使現(xiàn)在有電壓故障的整個電路絕大部分已經(jīng)確定了，也可能需要同時測量整個電路內(nèi)各一個關(guān)鍵點(diǎn)的有源電壓信號是否正常。這對于準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)斗輪機(jī)損壞的形成要素，分析系統(tǒng)故障的形成原因非常有用。斗輪機(jī)電路內(nèi)的電流通常需要測量的是電阻兩端的交流電壓上升下降，并根據(jù)歐姆電壓定律等來進(jìn)行電壓降測量。將電路測量正常值與測試電路工作電壓的兩個正常值之差進(jìn)行相對比較，可以快速準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)正在損壞的電路元件，從而準(zhǔn)確找出斗輪機(jī)元件故障的主要原因。

4.4 電阻測量方法

在許多應(yīng)用情況下，故障事件發(fā)生后，機(jī)器不能及時持續(xù)通電，即不能及時測量到電流、電壓波形，但是電阻值測量方法非常適合。對于相關(guān)部件的電路損壞、劣化、短路、切斷、連接線路或接地不良等近似故障，電流、電壓波形測量只能直接確定近似部分，但直流電阻法的測量方法最終準(zhǔn)確找出這些故障點(diǎn)。在電阻測量過程中，應(yīng)注意并聯(lián)電路的影響。也就是說，測量單一電阻時，如果仍然存在并聯(lián)電阻，請切斷，測量大電阻時，不要把手握在探頭的露出部分。為了防止破壞設(shè)備器件，用串聯(lián)的電流計或未放電的電容器測量電路電阻時，請?zhí)貏e注意安全測量。

5 電氣控制系統(tǒng)故障排除

5.1 使用自主系統(tǒng)維修排除

斗輪機(jī)線路和電氣零部件主要包含在線路電氣設(shè)備的基本內(nèi)容中。如果斗輪機(jī)停機(jī)修理的話，損失很大，所以利用計算機(jī)自動化管理系統(tǒng)完全可以直接代替人工，進(jìn)行實(shí)時生產(chǎn)檢查和進(jìn)行生產(chǎn)過程調(diào)整。電腦移動終端還能實(shí)時顯示斗輪機(jī)的實(shí)時運(yùn)行電氣參數(shù)，并傳遞到檢查修理部門。然后，通過數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)了對斗輪機(jī)電氣控制系統(tǒng)故障的有效及時修理，以更好地維持電控系統(tǒng)[4]。

5.2 程序化故障排除

通過使用計算機(jī)系統(tǒng)和一些傳統(tǒng)的電子故障原因排除檢測方法，很難有效地準(zhǔn)確檢測某些電子元件的潛在故障。因此，需要我們采用快速排除工作過程產(chǎn)生故障的多種可能來快速排除故障。首先，維保人員需要檢查斗輪機(jī)電氣系統(tǒng)的各個主部分電路，根據(jù)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，觀察并仔細(xì)分析斗輪機(jī)的正常運(yùn)行工作狀態(tài)和日常維護(hù)工作記錄，消除電路系統(tǒng)故障后，再結(jié)合斗輪機(jī)電路設(shè)計圖仔細(xì)檢查一下控制電路系統(tǒng)的保險絲和主電路其他電氣相關(guān)零部件。檢查所有傳動設(shè)備和電氣控制部件的功能完整性，最后集中精力檢查斗輪機(jī)電氣控制傳動系統(tǒng)可能存在的主要故障。如果沒有發(fā)現(xiàn)任何故障的話，必須進(jìn)行登記，排除故障，再進(jìn)入下一步。

5.3 邏輯分析法故障排除

電控相關(guān)電路中各設(shè)備控制環(huán)節(jié)的基本管理程序與相關(guān)設(shè)備的操作關(guān)系，往往是電路邏輯分析的重要理論依據(jù)，并結(jié)合電路故障的所在具體情況進(jìn)行邏輯分析判斷，從而立即準(zhǔn)確找到電路故障的所在位置，簡化電路現(xiàn)有的復(fù)雜問題也有助于有效率地避免電路維修管理人員的盲目重復(fù)檢查，提高檢查效率。另外，要正確使用這種控制方法，必須首先熟悉各種電氣控制器的電路。如果只是想完全保證這次檢查的結(jié)果準(zhǔn)確性，就應(yīng)該仔細(xì)檢查電子控制電路設(shè)計中的所有重要部件，找出故障點(diǎn)。這個方法因?yàn)闀r間長，所以經(jīng)常被用于復(fù)雜的系統(tǒng)維護(hù)和機(jī)械設(shè)備電氣控制系統(tǒng)故障的維修中[5]。