船舶冷庫高溫報警故障分析與排除

蔡鵬飛，楊斌斌，蘇先明，唐 然，田列貞，肖 彪，解 強

（中國衛星海上測控部，江蘇江陰 214431）

0 引言

對遠洋航行船舶來說，冷藏系統的主要作用是使冷庫維持適宜的低溫，使保存在庫中的水果、蔬菜、糧食、乳品等的保鮮時間延長，保障船員遠洋航行的飲食健康。某船某航次中高溫冷藏系統出現乳品庫和糧食庫高溫報警，控制箱上的觸摸屏也顯示兩個庫的溫度已超過設定溫度，入庫檢查發現兩個庫內的風機停止工作。針對這起故障，進行了詳細分析與排查。

1 冷藏系統的組成及工作原理

某船高溫冷藏系統由電氣系統和制冷系統組成：電氣系統主要由三菱PLC、斷路器、接觸器、繼電器、電磁閥等元器件組成，可實現壓縮機的自動啟停和控制庫溫恒定；制冷系統為蒸汽壓縮式，主要由壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器組成，其中蒸發器在糧食庫、水果庫、蔬菜庫、乳品庫4 個冷庫中均有，當制冷系統運行后，制冷劑流經各冷庫內的蒸發器時在風機的作用下就能使庫溫逐步降低[1]。

1.1 制冷循環的基本原理（圖1）

制冷循環中，壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器四大部件和管系形成一封閉系統，系統中充有制冷工質（制冷劑）循環，制冷劑流過膨脹閥時，因為膨脹閥有節流作用，制冷劑的壓力降低、溫度降低，使制冷劑進入蒸發器后吸取冷庫內空氣的熱量而汽化，壓縮機將此低溫低壓的制冷劑蒸氣吸入氣缸，并對其進行壓縮，使制冷劑的壓力升高，溫度升高，排至冷凝器，冷凝器利用舷外水對制冷劑蒸氣冷卻冷凝，使其汽化，將從冷庫中帶來的熱量和壓縮功轉換的熱量放出，再次進膨脹閥節流降壓，進入蒸發器汽化吸熱。如此循環，以實現連續不斷地制冷[2]。

1.2 高溫冷藏系統庫溫自動控制原理

為了使冷庫溫度控制更加智能化，某船高溫冷藏系統利用三菱PLC 實現手動和自動兩種控制模式。

圖1 制冷循環原理

自動模式下，高溫冷藏系統壓縮機的啟動和停止受庫溫控制。當庫溫升高時，壓縮機自動啟動，同時庫內風機、控制制冷劑導通的電磁閥亦通電工作；當庫溫降至設定溫度后，對應庫的風機、控制制冷劑導通的電磁閥停止工作；當所有庫的溫度均降至設定值時，壓縮機自動停機。

手動模式下，高溫冷藏系統壓縮機的啟動和停止為人工控制，同時庫內風機和控制制冷劑導通的電磁閥是否工作也受人工控制。

2 故障分析

糧食庫和乳品庫出現高溫報警時，壓縮機正常工作且蔬菜庫、水果庫溫度正常，說明冷藏系統整體工作正常，只是部分冷庫一些環節出現故障。入庫檢查發現蔬菜庫、水果庫風機工作正常，但糧食庫和乳品庫的風機并未工作。由此可以初步分析，故障原因可能為以下4 個。

（1）風機電路故障。主電源故障或者控制電路出現故障，均能導致風機不工作。

（2）制冷劑導通控制電磁閥故障。如果該電磁閥未通電工作或閥體損壞，制冷劑不能順利流經膨脹閥，進而無法流經庫內蒸發器實現制冷。

（3）PLC 故障。如果主PLC 或擴展模塊損壞，可導致PLC 無法正常輸出。

（4）制冷劑管路不通暢。若制冷劑管路臟堵，可導致制冷劑無法流至蒸發器，從而無法實現制冷。

3 故障排查

根據故障分析結果，首先對風機電路、電磁閥、PLC 進行檢查。如果沒有找出故障原因，還需對制冷劑管路系統進行檢查。

3.1 風機電路檢查

由于風機不工作，首先檢查電源是否正常。對糧食庫風機主電路上開關51Q6、乳品庫風機主電路上開關51Q8 檢查發現，兩個開關進線端和出線端電壓均為AC 380 V（圖2）。然后分別對主電路上的126K7、126K3 繼電器進行檢查，發現兩個繼電器主電路進線端電壓為AC 380 V，出線端電壓為0 V，且繼電器控制線圈電壓為0 V。由此可以判定兩個庫風機不工作的原因非主電源故障，而是控制電路故障。

圖2 糧食庫和乳品庫風機主電路

3.2 PLC 控制模塊檢查

控制風機啟停的126K7、126K3 繼電器受三菱PLC 輸出模塊103D2 控制，該模塊通過擴展線與主PLC 相連（圖3）：Y24、Y21 輸出接口分別接126K7、126K3 繼電器線圈，兩個線圈另一端接在N 相電源線，L 相電源則接在COM1，其中電源線L 與N之間的電壓為AC 220 V。庫內風機正常工作的前提是PLC 輸出點Y24、Y21 有輸出，實際檢查發現這兩個觸點輸出指示燈綠燈亮，說明PLC 程序運行正常且正常輸出，但是Y21、Y24 與“N”相電源線之間電壓均為0 V（正常情況下其電壓應為AC 220 V），由此可以判定103D2 模塊的外接電源不正常[3]。

根據圖中所示，在電氣控制箱找到開關103F2，發現該開關處于斷開狀態，且手動合上后立即跳閘。由于103F2 開關是過流保護開關（流過的電流不得超過2 A），即電流過大時會自動斷開。由此可以判定，103D2 模塊所控制的電路存在短路或絕緣低故障。

將高溫冷藏系統停止工作后，斷開控制箱總電源開關。用萬用表依次檢測“COM2”與Y24、Y25 之間的電阻，只有“COM2”與Y25 之間的電阻約為0.5 Ω（流過的電流大于2 A），說明Y24控制的風機啟停繼電器不存在短路情況，而Y25 控制的制冷劑導通控制電磁閥存在短路或阻值明顯下降情況。之后對“COM1”與Y20、Y21、Y22、Y23 之間的電阻進行檢查，其值均正常。由此可以判定，導致103F2 開關合不上閘的原因為控制糧食庫制冷劑導通的電磁閥故障。

3.3 控制電磁閥檢查

進入糧食庫，找到控制糧食庫制冷劑導通的電磁閥，發現該電磁閥外殼有明顯腐蝕。將電磁閥外部線纜接線從接線盒中拆開，用萬用表檢測線圈兩端的電阻，發現其電阻約為0.5 Ω，由此可以判定該電磁閥內部電路出現短路故障。

4 故障排除與機理分析

4.1 故障排除

故障定位后，將糧食庫制冷劑導通控制電磁閥拆除，發現電磁閥腐蝕嚴重，于是更換了新的備件。然后將控制箱總電源開關和103F2 開關重新合上，使高溫冷藏系統啟動運行，103F2 開關未出現跳閘，且糧食庫和乳品庫的溫度逐漸降低至所需溫度，說明電磁閥更換后整個系統恢復正常。

圖3 103D2 輸出模塊輸出接線

4.2 故障機理

此次糧食庫和乳品庫高溫報警故障，是糧食庫制冷劑導通控制電磁閥損壞所致。故障機理分析如下。

（1）PLC 輸出模塊103D2 同時控制糧食庫和乳品庫的風機、制冷劑導通電磁閥的工作，當糧食庫制冷劑導通電磁閥出現短路時，致使103F2 開關跳閘，從而使糧食庫和乳品庫內的風機、制冷劑導通電磁閥因控制電源故障而無法工作，而這兩個環節無論哪個出現故障均會使庫內的蒸發器無法進行熱交換，最終結果是庫溫逐漸升高、出現報警。

（2）由于高溫冷藏系統的制冷劑導通控制電磁閥均安裝在庫內，而無論是糧食庫還是乳品庫或其他庫，其內都充滿了水汽。因此，當糧食庫制冷劑導通控制電磁閥的防水絕緣出現損壞后，糧食庫內潮濕的水汽會進入電磁閥導致線圈逐漸腐蝕，時間一長就會出現短路故障或絕緣低故障。

（3）由于某船出廠時間較長，高溫冷藏系統已工作10 年以上，很多元器件如電磁閥存在老化現象，絕緣故障出現的概率明顯增加。

5 結束語

本次制冷劑導通控制電磁閥損壞引起的糧食庫和乳品庫高溫報警故障，工作中并不常見，究其原因是電磁閥因絕緣破損出現短路故障所致。為了避免類似故障的發生，應采取如下措施：一是定期對電磁閥進行檢查維護，這樣既可以預防類似故障的發生，更主要是防止因短路故障而損壞PLC 模塊；二是加強電磁閥的絕緣防護，條件允許的話可將高溫冷藏系統的所有電磁閥安裝在庫外，這樣可以有效避免短路故障發生。

圖4 糧食庫電磁閥