首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 工程综合论文 > 水利水电工程论文 > 桥式起重机PLC输入模块故障原因分析及其处理方法探析

桥式起重机PLC输入模块故障原因分析及其处理方法探析

2023-06-29 82 上传者：管理员

摘要：根据水布垭电厂地下厂房桥式起重机的结构特点、电气部分组成，通过对桥式起重机PLC输入模块频繁故障的分析和深入研究，提出了多种假设，并一一验证，最终确定是由于控制回路电压不稳定造成。对桥机控制回路加装了UPS稳压电源后，PLC输入模块频繁故障问题得到解决，桥机的可靠性和稳定性得到提高。

关键词：
PLC输入模块
发电
桥式起重机
电压
起重机
加入收藏

湖北清江水布垭水力发电厂地下厂房设有2台2×300/50T桥式起重机(简称：桥机),用于机组检修时吊运设备和物资，桥机主要组成设备包括：小车运行机构、大车运行机构、主起升设备、副起升设备、电动葫芦设备、电力拖动和控制设备、及其它附属设备。主起升、副起升、大车运行、小车运行等电机均由施耐德变频器拖动，所有动力回路采用380 V交流电源，控制回路采用220 V交流电源和24 V直流电源[1]。起重机的电气原理为“PLC+变频器”组成的变频调速系统，采用全数字变频调速，闭环矢量控制。控制层为西门子S7-1500系列PLC,它是该系统的控制核心[2]。自2020年以来桥机使用颇为频繁，PLC输入模块故障率较高，通常为某个PLC输入模块的某个通道出现故障，桥机就无法使用，因此桥机处于无法正常运行的状态。

1、桥机PLC输入模块接线简介及故障分析

1.1桥机PLC输入模块接线简介

水布垭电厂地下厂房桥机控制系统PLC输入模块为西门子S7-1500系列产品，订货号为6ES7 521-1FH00-0AA0,控制系统PLC开关量如上限位、下限位、控制电源、光电开关等，都为220 VAC开关量信号，未经中间继电器，直接接入PLC输入模块。如图1所示。

1.2故障分析

刚开始出现PLC输入模块故障时，认为是设备偶发故障，随着PLC输入模块接二连三出现故障，几乎一个月就会出现一次类似的故障，桥机频繁停摆，开始重视此问题，并查找问题所在。经查阅相关文献资料及与厂家技术人员交流，认为桥机控制回路的电压电流不稳定、电压过高、过低等，都会造成PLC输入模块部分通道的故障。对桥机控制回路检查及查阅以往相关案例，认为有以下几种情况可能会造成桥机控制回路电压电流不稳定、电压过高、过低，分别是：控制回路端子虚接[3]、直流电串入交流电和电源电压异常。

图1 1号主起升PLC输入模块接线

2、故障处理

2.1端子虚接

接线端子虚接会造成控制线路电流、电压不稳定，PLC也处在电压、电流不稳定的工况中，进而造成PLC输入模块部分通道的故障。检查桥机控制回路接线端子，发现有个别端子存在紧固不牢的现象，举一反三，将所有端子重新紧固，在之后5个月内PLC输入模块故障情况统计结果如表1所示。

表1 2020年12月至2021年4月PLC输入模块故障情况统计导出到EXCEL

紧固接线端子后，PLC输入模块故障频繁问题并没有消除，因此，排除了控制回路接线端子虚接造成PLC输入模块故障频繁的可能性。

2.2直流电串入交流电

控制回路直流电串入交流电，这种情况下会降低控制回路电源的电能质量，会缩短PLC输入模块使用寿命，降低PLC的可靠性[4]。查阅图纸资料，制定相关检查方案。断开桥机控制回路PLC电源总开关，直流电源开关保持开启，然后用万用表分别测量PLC回路零线与火线之间电压、零线与接地线之间电压、火线与地线之间电压，测量结果均为0 V。又用万用表测量直流电源电压，正极与负极之间电压为直流24 V。因此，确认控制回路直流电未串入交流电。

2.3电源电压异常，加装UPS稳压电源

桥机控制回路电压过高、过低或不稳定等都会缩短PLC输入模块使用寿命[5],于是测量、统计桥机控制回路的电压。水布垭电厂地下厂房桥机电源取自厂房3P用电屏，3P用电屏有三路电源。3P用电屏由水布垭电厂厂用电供电时桥机控制回路电压为232 V左右，电压较高；由柳树坪电站供电时桥机控制回路电压为213 V左右，电压较低；由水布垭110 kV变电站供电时桥机控制回路电压为214 V左右，电压较低。桥机控制电源电压处于不稳定的状态，有时电压过高，有时电压过低。

为了解决桥机控制回路电源电压不稳定的问题，需要在控制回路初始端加装1台3 kW的UPS稳压电源，为控制回路提供稳定的220 V交流电。2021-05-18日在地下厂房两台桥机控制回路上分别加装1台UPS稳压电源，接线图如图2所示。后期统计了1年内PLC输入模块的故障情况，统计结果如表2所示。

图2加装UPS稳压电源后控制回路接线

表2 2021年5月至2022年4月PLC输入模块故障情况统计

经过统计，发现桥机控制回路加装UPS稳压电源后，PLC输入模块的故障率由原来的1.25个月故障一块变成4个月故障一块，故障率降大大降低，桥机电气控制系统的稳定性和可靠性得到了明显的提升。

在处理水布垭电厂地下厂房桥机PLC输入模块频繁故障过程中，与桥门机生产厂家技术人员进行过交流，他们反应西门子PLC S7-1500系列是西门子PLC新一代产品，新产品往往没有经过时间的检验，可能部分型号存在可靠性差的问题[6],尤其是220 VAC开关量输入模块对工况要求较高，在其他电厂也存在频繁故障的问题。在PLC组态时，如果选用220 VAC开关量输入模块，建议在控制回路加装UPS稳压电源，确保控制回路电压稳定，或者将220 VAC开关量信号通过中间继电器中转后接入输入模块，避免外界的故障、不稳定因素直接冲击输入模块，致使PLC输入模块使用寿命缩短。

3、结语

通过对水布垭电厂地下厂房桥机PLC输入模块频繁故障的分析和深入研究后，提出了多种假设，并一一验证，最终确定是由于控制回路电压不稳定造成PLC输入模块频繁故障。桥机控制回路加装UPS稳压电源后，PLC输入模块频繁故障问题得到解决，桥机的可靠性和稳定性得到提高。

参考文献:

[1]徐志平.起重机电气控制系统优化设计分析[J].造纸装备及材料,2021,50(11):23-25

[2]郭志冬.基于西门子PLC和变频器的桥式起重机电气控制系统设计[J.濮阳职业技术学院学报,2019,32(2):74-76

[3]程健,王健秋.桥式起重机电气故障分析[J].设备管理与维修,2020(2):39-40

[4]郭涛.桥式起重机电气控制的常见故障诊断[J].中国机械,2014(16);142-143

[5]周斌,尚超,吴炜烨,等.起重机电气故障诊断专家系统的研究[J].科技资讯,2011(10):139-140

[6]范章健.基于PLC控制的桥式起重机电气设计分析[J].设备管理与维修,2020(23):105-107

文章来源:孟阔展,王思皓.桥式起重机PLC输入模块故障原因分析及其处理方法探析[J].水电与新能源,2023,37(06):68-70.