架橋機電氣設備及控制系統(tǒng)安裝調(diào)試運行技術研究

肖 奇

中交四航局江門航通船業(yè)有限公司，廣東 江門 529145

近年來，隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，架橋機在高速公路建設中的應用愈發(fā)廣泛，電氣設備及控制系統(tǒng)是架橋機的重要組成部分。隨著電氣設備的不斷改進，控制系統(tǒng)的復雜程度不斷提高，隨之而來的是電氣設備及控制系統(tǒng)在安裝調(diào)試的過程中出現(xiàn)的大量故障問題，這些故障問題會影響設備的使用質(zhì)量和使用壽命，同時會阻礙架橋機日常生產(chǎn)工作的順利進行，嚴重的甚至會引發(fā)安全事故。文章以步履式雙導梁公路架橋機為例，以降低設備故障率、提升設備使用效果、提高日常生產(chǎn)工作效率為目的，主要針對架橋機電氣設備及控制系統(tǒng)安裝調(diào)試運行進行分析和研究。

1 電氣設備及控制系統(tǒng)安裝調(diào)試運行中存在的問題

1.1 安裝工作中存在的問題

電氣設備的安裝工作是保障架橋機質(zhì)量安全的重要關卡之一，其復雜性主要受作業(yè)人員、安裝工具、安裝環(huán)境等因素的影響，如果管理人員不充分重視安裝工作中存在的問題并及時有效地解決，容易增加不必要的成本，導致出現(xiàn)返工現(xiàn)象，影響施工工期，還會影響作業(yè)人員的情緒，降低設備的安裝效果和效率，為后續(xù)調(diào)試、運行等工作帶來了故障隱患。通過總結(jié)現(xiàn)場經(jīng)驗可知，架橋機電氣設備安裝工作中存在如下問題。

（1）安裝區(qū)域不合適。雖然電氣設備是隨著架橋機拼裝進度而逐步安裝的，但是在實際施工過程中常常因為安裝場地可用空間緊湊、多個施工單位交叉作業(yè)相互干擾、安裝位置不利于作業(yè)人員操作等原因而影響安裝效果及工作效率。

（2）安裝過程與設計方案不符。在實際作業(yè)過程中，作業(yè)人員不夠嚴謹細心，大多憑借自身安裝經(jīng)驗進行安裝，忽略了由于設備功能和屬性的不同，其安裝順序及要求也有所差異，出現(xiàn)安裝完成情況與設計方案不一致的現(xiàn)象，增加了后續(xù)工作的施工難度。

（3）設備零部件質(zhì)量偏低。架橋機電氣設備是由多種零部件構(gòu)成的，各類零部件的生產(chǎn)加工工藝和質(zhì)量存在差異，一個零部件出現(xiàn)質(zhì)量問題，尤其是傳感器這類特別敏感的電氣設備，就很有可能會影響其他零部件的作用發(fā)揮，進而影響電氣設備及控制系統(tǒng)本身的可靠性。

（4）電氣設備裝配工藝問題。管理人員在檢查過程中常常發(fā)現(xiàn)以下幾個問題：電纜芯線與電氣元件觸點相連處安裝不牢固，即接觸不良；未做好設備的密封性防護措施，導致設備進水；未綁扎好天車梁與瓷瓶之間的活動電纜，導致電纜在小車橫移過程中受到拉扯、擠壓及摩擦，從而影響設備和線路的可靠性，甚至損壞線路及電氣設備。

1.2 調(diào)試運行的常見故障

（1）系統(tǒng)性故障。系統(tǒng)性故障主要是指架橋機調(diào)試運行一定時間后必出現(xiàn)的常見故障，與環(huán)境條件、設備硬件、軟件程序等因素有著直接的關系。常見系統(tǒng)性故障有過電流故障和控制系統(tǒng)故障。①過電流故障。出現(xiàn)過電流故障會造成防護電氣經(jīng)常跳閘，使設備無法正常運轉(zhuǎn)，嚴重時還會因為線路短路損壞設備。該故障發(fā)生的主要原因如下：其一，機械部分的原因，如電機、油泵設備的轉(zhuǎn)子與外殼相互干涉，軸承損壞，內(nèi)部有異物等造成過負荷，最終燒毀電機、油泵等設備；其二，設備因淋雨、受潮或風沙等不良環(huán)境因素的影響，導致線路短路；其三，施工場地失壓、欠壓、供電不平衡等供電缺相等外部電源異常。②控制系統(tǒng)故障?？刂葡到y(tǒng)故障是設計階段時對設計目標的構(gòu)思、程序邏輯和系統(tǒng)功能的了解不全面所造成的。

（2）隨機性故障。隨機性故障主要指架橋機調(diào)試運行過程中出現(xiàn)的無規(guī)律故障，重復出現(xiàn)的概率非常低。在診斷隨機性故障時難度較大，短時間內(nèi)很難掌握故障發(fā)生的原因，很難把握其規(guī)律并予以解決，也很難進行預防。

2 電氣設備安裝問題的解決措施

架橋機電氣設備的安裝工作比較復雜，為了更好地提高設備的質(zhì)量和預防事故的發(fā)生，有必要對安裝過程中出現(xiàn)的問題進行分析，并采取針對性的解決措施。

2.1 安裝區(qū)域的確定

在架橋機設備及人員進場前，需要先對施工現(xiàn)場進行考察，再與該施工場地的其他隊伍負責人進行商量溝通，然后劃分安裝區(qū)域，制作設備人員分布圖，最后開始安裝工作。安裝區(qū)域的規(guī)劃可以結(jié)合無人機拍攝測繪完成，先通過無人機對施工現(xiàn)場情況進行拍照測繪，然后由各隊伍負責人在所拍照的圖片上劃分各自施工區(qū)域，并將與架橋機安裝有交叉施工的區(qū)域標記出來，最后盡可能選出有利于設備安裝、有利于作業(yè)人員操作的位置，同時要利于系統(tǒng)調(diào)試和后續(xù)出現(xiàn)問題時的檢修工作。

2.2 重視人員的交底培訓

為了確保架橋機電氣設備安裝的質(zhì)量和效率，項目部需要在安裝的早期階段進行合理的科學規(guī)劃，由專業(yè)技術人員組織和討論，并編寫專項安裝手冊。在作業(yè)人員進場前進行交底培訓，讓他們熟悉掌握架橋機的安裝要點，保證設備的安裝質(zhì)量。

2.3 做好設備的運輸、裝卸車工作

在設備裝車前，要求作業(yè)人員對設備進行包裝，尤其是對設備的棱角以及凸出的部分進行包裝。吊裝設備時，要避免設備之間的碰撞，并在放置設備后進行固定。運輸設備前，需要在設備間的間隙填充木塊或海綿，保證設備的運輸穩(wěn)定。在設備進場前，應立即組織見證人員和驗收人員對設備進行驗收，確認設備質(zhì)量，保證資料齊全或基本齊全，核對設備的型號和數(shù)量，進行相應的外觀檢查。電力類設備進場需要注意結(jié)構(gòu)無變形、表面無損傷、無附著污穢物、無進水受潮現(xiàn)象等。驗收合格后，驗收人需在驗收單上簽字，之后設備方可進場。在設備進場后，同樣需要注意設備在起吊過程中的碰撞問題，還需要將其放置在規(guī)劃的安裝區(qū)域內(nèi)，便于后續(xù)設備安裝工作。

2.4 嚴格遵守設備的安裝方案要求

設備之間存在一定的相關性，安裝時必須根據(jù)安裝方案要求及設備的固定安裝順序進行。在安裝設備的過程中，作業(yè)人員不得私自改變安裝計劃或調(diào)換設備的安裝順序，以避免影響安裝質(zhì)量和進度。電機、泵站等機電設備需要在安裝前試運行，仔細排查設備在試運行過程中是否存在損壞和故障，避免因設備本身質(zhì)量問題影響后續(xù)調(diào)試工作。

2.5 注重設備安裝過程中的監(jiān)督檢查

在設備安裝過程中，由于作業(yè)人員工種不同，常常出現(xiàn)鉗工與電工因本專業(yè)工作要求不同而導致對方部分安裝工作不便或無法按照規(guī)范要求進行安裝的情況。以減速機及防雨罩安裝為例，鉗工安裝時注意的重點是齒輪與法蘭盤是否都安裝到位，會忽略電機、制動器、風機等接線盒的位置以及接線盒進線孔的朝向問題；而電工在安裝、敷設減速機的電纜時注意的重點是電纜的彎曲程度及布線的美觀性，會忽略電纜是否妨礙后續(xù)減速機防雨罩的安裝。因此，在設備安裝的過程中，施工主管需要進行監(jiān)督提醒，避免各作業(yè)人員相互干擾，導致無法保質(zhì)保量地完成設備安裝任務。架橋機電氣設備安裝工作有部分是隱蔽安裝的，因此需要施工主管在線管、接線盒等施工過程中進行監(jiān)督檢測并拍照留底，從而減少因電氣設備裝配問題而造成的故障，提高后續(xù)調(diào)試的效率。

3 控制系統(tǒng)調(diào)試運行的方法步驟、注意要點以及故障應對措施

3.1 調(diào)試的方法步驟及注意要點

架橋機通常采用先分調(diào)后聯(lián)調(diào)（總調(diào)）的調(diào)試方法。對于這一套復雜電氣圖來說，實際上都是由一些基本回路組成的，因此，調(diào)試時可以根據(jù)信號的流向，由前向后逐級調(diào)試各回路，即由逐步到整體，分步完成各回路調(diào)試工作，再逐步擴大調(diào)試范圍，最后完成整機聯(lián)調(diào)聯(lián)試。采用這種調(diào)試方法的最大優(yōu)點是能及時準確地發(fā)現(xiàn)和解決問題。調(diào)試步驟如下。

（1）在通電前，檢查繼電器引腳與底座之間安裝是否牢固，檢查各元器件的參數(shù)是否調(diào)節(jié)正確，如熱繼電器的整合電流值、時間繼電器的延遲時間值等，避免給調(diào)試帶來麻煩。必須用萬用表檢查電源輸入端相序是否正確，是否存在斷相、錯相、相與相之間短路、相與地之間短路等情況。還要檢查強弱電情況，確保沒有混接到一起，由于PLC電源為24V，一旦因為接線錯誤導致220V接到PLC里，很容易燒毀PLC或拓展模塊。

（2）準備工作做完后，才能通電。此時需要觀察電路有無異常情況，如有無冒煙、是否有異常氣味、元器件是否發(fā)燙以及是否被短路等。如果出現(xiàn)異常，應立即切斷電源，并排除故障后才能再次通電。經(jīng)過通電觀察，確認電路暫時無異?，F(xiàn)象，方可轉(zhuǎn)入正常調(diào)試。

（3）鑒于起重小車位于架橋機最頂端，涉及的運行機構(gòu)最少，調(diào)試容錯率最高，因此優(yōu)先調(diào)試起重小車各運行機構(gòu)。完成起重小車調(diào)試工作后，再逐步開始調(diào)試縱移天車、縱移主梁、縱移支腿以及橫移大車，直至各機構(gòu)動作正常并符合邏輯，才能進行聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作。

3.2 運行故障應對措施

（1）供電故障。以開春高速所安裝的架橋機為例，起重小車卷揚電機在負載運行過程中溫度上升特別快并且經(jīng)常觸發(fā)電機過熱報警。作業(yè)人員起初誤以為是運行時間過長而導致電機溫度過高，停止一段時間后繼續(xù)進行操作，過熱報警隨即再次被觸發(fā)，此時作業(yè)人員才開始認為架橋機出現(xiàn)故障了。通過萬用表測量及故障排查，最終發(fā)現(xiàn)是因為施工現(xiàn)場箱型變壓器內(nèi)電纜接線端子老化損壞，與低壓斷路器接觸不良，造成施工現(xiàn)場配電箱三相電壓不平衡、相間電壓差過大，導致起重小車卷揚電機溫升過快并觸發(fā)電機過熱報警。作業(yè)人員重新制作電纜接線端子并安裝緊固后，架橋機便恢復正常。此類故障在臨電施工區(qū)域比較常見，需要專業(yè)電工解決處理。

（2）過電流故障。此故障曾出現(xiàn)在廣連高速一臺正常運行3個月的架橋機上，每當操控起重小車進行橫移時，變頻行走電機在啟動后行走一小段距離便自動停止，無法啟動并開始報警。在重啟電源后，仍然是行走一小段距離便自動停止，架橋機無法正常運行。通過人機界面、變頻器故障顯示及線路排查，確認是變頻電機過電流故障。將變頻電機拆解后，發(fā)現(xiàn)電機接線盒密封膠圈損壞、電機繞組內(nèi)進水、絕緣電阻過低，在換新的變頻電機之后，便恢復正常。根據(jù)對環(huán)境因素、設備情況的分析，最終確定是變頻電機長時間處于下雨潮濕的環(huán)境以及電機接線盒密封圈損壞，致使電機繞組進水，導致線路短路，出現(xiàn)過電流故障。

（3）控制系統(tǒng)故障。正常情況下，控制系統(tǒng)故障一般在調(diào)試階段便已經(jīng)解決，然而榮烏高速的兩臺架橋機在運行了2個多月后同時出現(xiàn)相同的系統(tǒng)故障，即起重小車在頻繁操作升降過程中突然出現(xiàn)運行幾秒然后自動停止幾秒又自動運行幾秒的奇怪現(xiàn)象。據(jù)現(xiàn)場作業(yè)人員描述，這種現(xiàn)象有時一天出現(xiàn)近10次，有時幾天都不出現(xiàn)一次。

剛開始作業(yè)人員以為是架橋機供電線路過長，加上這條線路上的作業(yè)設備過多，導致壓降過大而發(fā)生此類現(xiàn)象。在經(jīng)過一段時間觀察及測量后，發(fā)現(xiàn)運行電壓波動處于正常范圍內(nèi)，因此排除了壓降因素。通過多次試驗起重小車升降功能及觀察電箱內(nèi)部元器件動作情況，發(fā)現(xiàn)只要變頻器頻率達到設定值后，相序保護器都有一定概率觸發(fā)過電壓或過電流保護功能，隨即回路中所有吸合的接觸器都會失電斷開。判斷是變頻器在運行過程中產(chǎn)生諧波，使相序保護器誤動作觸發(fā)過電壓或過電流保護功能，從而斷開回路電源，變頻器及卷揚電機便停止運行。由于外部輸入電源無故障以及操作按鈕一直處于工作狀態(tài)，相序保護器無諧波干擾且檢測正常，回路正常通電，變頻器再次開始運行，產(chǎn)生諧波，繼而再次引起相序保護器誤動作，最終形成卷揚機頻繁啟停的奇怪現(xiàn)象。解決方式有兩種，一種是棄用起重小車分控箱內(nèi)的相序保護器，只依賴變頻器自帶的過電壓、欠電壓、過電流等保護功能，但顯然這一做法只能治標不治本；另外一種方法就是利用PLC進行周期掃描檢測，避免相序保護器受變頻器諧波影響，具體操作如下。

在外部輸入電源后連接中間繼電器輸入觸點，中間繼電器常開輸出觸點連接相序保護器輸入觸點，相序保護器常開輸出觸點連接PLC控制器的輸入信號觸點，PLC控制器的一個輸出信號連接中間繼電器線圈觸點，PLC控制器的另一個輸出信號連接變頻器的輸入觸點，最后再由變頻器控制卷揚機。整體結(jié)構(gòu)連接圖及主電源部分原理圖如圖1、圖2所示。

圖1 整體結(jié)構(gòu)連接圖

圖2 主電源部分原理圖

具體工作流程如下：

（1）先在PLC控制器內(nèi)設定掃描時間周期，每一個時間周期進行一次掃描行為，時間為5s、10s或15s等，再設定相序保護器輸出常閉信號為觸發(fā)信號。正常情況下，PLC控制器進行周期掃描，當沒有檢測到相序保護器常閉信號（觸發(fā)信號）時，便會使中間繼電器線圈通電一次，此時相序保護器便可進行檢測。如果檢測不正常，便觸發(fā)保護功能產(chǎn)生信號給PLC控制器，隨即PLC控制器保護程序觸發(fā)，開始控制變頻器及卷揚電機關閉；如果檢測正常，便繼續(xù)進行掃描行為。

（2）當外界輸入電源出現(xiàn)故障時（如斷錯相、過電壓、欠電壓等），故障存在的時間周期相對會很長，PLC控制器掃描時間周期會遠短于它，只要檢測到外界輸入電源故障便開始保護后續(xù)線路。

（3）當變頻器產(chǎn)生諧波時，諧波存在的時間周期相對會很短，PLC控制器掃描時間周期會遠長于它，它們出現(xiàn)在同一時間段的概率是非常小的，因此可以在很大程度上避免變頻器諧波致相序保護器誤動作的情況出現(xiàn)。這樣既可以利用相序保護器保護變頻器等后續(xù)線路，又可以減少，甚至消除諧波干擾相序保護器的故障。此類故障常見于調(diào)試期間，需要熟練的設計、調(diào)試人員結(jié)合現(xiàn)場實際情況對系統(tǒng)程序邏輯及功能進行修改、完善，直到架橋機正常運行。

4 結(jié)束語

在架橋機安裝調(diào)試運行過程中，作業(yè)人員只有充分了解架橋機電氣設備及控制系統(tǒng)的組成，并在熟悉架橋機常見故障及作用機理的同時針對性地進行故障處理，才能確保架橋機電氣管理的規(guī)范性，繼而在保證架橋機安全穩(wěn)定運行的同時，促進高速公路建設項目的有序進行。