工程機(jī)械設(shè)備電氣控制系統(tǒng)故障分析及檢查排除

摘 要 工程機(jī)械設(shè)備在工程中占有重要地位，其電氣控制系統(tǒng)不僅可以有效提高整體工作的效率和質(zhì)量、提高產(chǎn)品的自動(dòng)化和智能化水平，而且可以促進(jìn)安全作業(yè)、實(shí)現(xiàn)綠色持續(xù)發(fā)展，因此電氣控制系統(tǒng)故障分析、排查對(duì)工程機(jī)械設(shè)備在使用過程和優(yōu)化設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。本文對(duì)工程機(jī)械設(shè)備電氣系統(tǒng)故障進(jìn)行了研究和分析，并重點(diǎn)以斗輪機(jī)為例給出了一些故障排除方法。

關(guān)鍵詞 工程機(jī)械 電氣控制系統(tǒng) 故障分析排除

中圖分類號(hào)：TU85 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）09-0019-02

一般工程機(jī)械設(shè)備作業(yè)環(huán)境較惡劣，運(yùn)行時(shí)間較長，作業(yè)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的噪音、振動(dòng)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(shí)，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(cuò)誤或短路等，則會(huì)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(shí)，電流會(huì)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(duì)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(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度較慢，定子的電流過于較大會(huì)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)的繞組電路造成巨大的損壞，影響傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。如果自動(dòng)電控控制系統(tǒng)的勵(lì)磁電流頻率過大，會(huì)直接產(chǎn)生較大的電磁沖擊波和電流，會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞相關(guān)傳動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的正常動(dòng)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(dòng)受到嚴(yán)重阻礙，連接節(jié)點(diǎn)發(fā)生問題。這會(huì)對(duì)整個(gè)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(shí)處理導(dǎo)致線路接觸不良，將可能會(huì)對(duì)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(huì)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(huì)直接通過電源，損壞整個(gè)系統(tǒng)電路中的元器件。這不僅可能會(huì)直接造成重大經(jīng)濟(jì)損失，還可能會(huì)直接引起重大火災(zāi)，威脅現(xiàn)場(chǎng)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(jì)、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(dòng)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(chǎng)控制設(shè)備的故障。這兩部分故障存在于整個(gè)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(chǎng)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(duì)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(huì)出現(xiàn)當(dāng)前報(bào)警信息、歷史報(bào)警信息和系統(tǒng)診斷代碼，依據(jù)各個(gè)診斷代碼的檢索說明和解決措施，可以快速識(shí)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(chǎng)情況、系統(tǒng)信息和其他檢測(cè)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(duì)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(shí)動(dòng)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(shí)，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(dòng)后更換的零件會(huì)損壞。

4.2 比較檢查法

該方法將測(cè)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(gè)電氣設(shè)備零部件分別屬于同一電源控制型號(hào)功能或多個(gè)相同控制型號(hào)功能時(shí)，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(gè)電器，與同時(shí)處于良好動(dòng)作狀態(tài)的同一控制型號(hào)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(hào)電源控制部件的異常動(dòng)作狀態(tài)判斷是否故障。

4.3 電壓檢測(cè)方法

電壓檢測(cè)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(dòng)電壓，還包括檢查各級(jí)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(cè)量各點(diǎn)的輸出電壓正常值和輸出電流值，與所測(cè)正常值電壓相比，判斷斗輪機(jī)故障，發(fā)生故障時(shí)，首先需要測(cè)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(gè)電路絕大部分已經(jīng)確定了，也可能需要同時(shí)測(cè)量整個(gè)電路內(nèi)各一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的有源電壓信號(hào)是否正常。這對(duì)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(cè)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(cè)量。將電路測(cè)量正常值與測(cè)試電路工作電壓的兩個(gè)正常值之差進(jìn)行相對(duì)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(cè)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(shí)持續(xù)通電，即不能及時(shí)測(cè)量到電流、電壓波形，但是電阻值測(cè)量方法非常適合。對(duì)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(cè)量只能直接確定近似部分，但直流電阻法的測(cè)量方法最終準(zhǔn)確找出這些故障點(diǎn)。在電阻測(cè)量過程中，應(yīng)注意并聯(lián)電路的影響。也就是說，測(cè)量單一電阻時(shí)，如果仍然存在并聯(lián)電阻，請(qǐng)切斷，測(cè)量大電阻時(shí)，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(jì)或未放電的電容器測(cè)量電路電阻時(shí)，請(qǐng)?zhí)貏e注意安全測(cè)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(jì)算機(jī)自動(dòng)化管理系統(tǒng)完全可以直接代替人工，進(jìn)行實(shí)時(shí)生產(chǎn)檢查和進(jìn)行生產(chǎn)過程調(diào)整。電腦移動(dòng)終端還能實(shí)時(shí)顯示斗輪機(jī)的實(shí)時(shí)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(duì)斗輪機(jī)電氣控制系統(tǒng)故障的有效及時(shí)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)和一些傳統(tǒng)的電子故障原因排除檢測(cè)方法，很難有效地準(zhǔn)確檢測(cè)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(gè)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(jì)圖仔細(xì)檢查一下控制電路系統(tǒng)的保險(xiǎn)絲和主電路其他電氣相關(guān)零部件。檢查所有傳動(dòng)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(dòng)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(jiǎn)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(jì)中的所有重要部件，找出故障點(diǎn)。這個(gè)方法因?yàn)闀r(shí)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]。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 張洪立.工程機(jī)械電氣控制系統(tǒng)故障研究[J].市場(chǎng)周刊（理論版），2020（94）：181.

[3] 婁國臣，于旺.工程機(jī)械電氣控制系統(tǒng)故障研究[J].市場(chǎng)周刊（理論版），2020（95）：169.

[4] 李志鵬.斗輪堆取料機(jī)全自動(dòng)功能的PLC設(shè)計(jì)[J].工業(yè)A，2017（03）：31.

[5] 毛興奎，李中源.工程機(jī)械電氣控制系統(tǒng)故障研究[J].機(jī)電信息，2020（14）：68-69.