簡述一種防止惡劣條件下控制回路失控的方法

劉強 趙以軍

摘 要 隨著電氣自動化技術(shù)的日益成熟和不斷地推廣，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到化工、礦井、紡織、石油等各個場景。自動化技術(shù)的應(yīng)用使得控制系統(tǒng)更智能、更便捷。不但能夠達到節(jié)能降耗的要求，而且能有效降低人工操作頻次。自動化技術(shù)的完美表現(xiàn)需要使用到大量的節(jié)點信號，不但包括開關(guān)量輸入輸出信號，而且包括模擬量輸入輸出信號。本文主要論述一種開關(guān)量信號在惡劣工況條件下經(jīng)常失控的解決方法。

關(guān)鍵詞 開關(guān)量;繼電器;光電耦合器;自動化;可靠性

為了實現(xiàn)自動化技術(shù)的應(yīng)用，電氣控制回路必須使用大量的干節(jié)點和繼電器完成某種控制信號的傳輸，同時需要和PLC系統(tǒng)及DCS系統(tǒng)進行有效的聯(lián)結(jié)以完成更加智能、更加便捷的控制系統(tǒng)。而且作為節(jié)能降耗體系中的核心部件——變頻器也需要用到這些干節(jié)點信號的輸入及輸出。開關(guān)量信號的可靠性在很大程度上決定了整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而這些開關(guān)量信號的傳遞大多要用到繼電器。

以某公司為例，一套帶有變頻器設(shè)備的自動控制回路，需要用到4個繼電器，分別用于傳遞DCS停止信號、變頻器故障停止信號、電機運行停止反饋信號以及電機啟動信號。其中DCS停止信號繼電器位于DCS機柜間，由DO卡件控制繼電器動作;變頻器故障停止信號繼電器位于電氣配電室，當變頻器出現(xiàn)故障后能迅速使系統(tǒng)中一次回路主接觸器釋放，進而起到保護自控系統(tǒng)的作用;電機運行停止反饋信號繼電器位于電氣配電室，繼電器觸點線路接入DCS系統(tǒng)DI卡件上，用于操盤人員觀察電機啟停狀態(tài);電機啟動信號繼電器也位于電氣配電室，作用是操作人員能夠在現(xiàn)場啟動電機。

該自控系統(tǒng)近幾年經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)無故跳車以及系統(tǒng)運行信號不顯示等現(xiàn)象。經(jīng)查，主要原因是由于生產(chǎn)設(shè)備缺陷和工藝條件因素，在加之配電室密封存在為題，配電室內(nèi)常年充斥著懸浮固體顆粒物，這些物質(zhì)時常附著在電氣元件上，甚至進入到繼電器內(nèi)部，造成繼電器觸點接觸不良而導(dǎo)致信號突然斷開。雖然在原設(shè)計上已經(jīng)采用了防塵型繼電器，但依舊存在這類問題。為了解決這些問題，該公司決定采用光電耦合器進行改造。

光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電-光-電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離[1]。而且光電耦合器密封新能良好，不存在接觸式觸點，可靠性更高。

如圖所示，原設(shè)計上KA、KA1和KA2只有三個繼電器，系統(tǒng)正常運行時，KA繼電器線圈得電，常開觸點吸合，系統(tǒng)得到啟動信號，電機開始運轉(zhuǎn);KA1繼電器使用了常閉觸點，正常運行時繼電器線圈不得電。當變頻器發(fā)生故障時，KA1繼電器線圈得電，常閉觸點被斷開，系統(tǒng)停止運行;KA2繼電器分別使用了一對常開觸點和一對常閉觸點，分別對應(yīng)DCS系統(tǒng)運行和停止反饋信號。但由于繼電器觸點沾有粉塵，原本導(dǎo)電性能優(yōu)良的觸點此時電阻增大，電流減小。當電流減小到某一特定值時，會導(dǎo)致該繼電器所在的控制回路失效，而出現(xiàn)各種系統(tǒng)故障。再者，由于該公司共有十幾個配電室，而且設(shè)備常年帶電，無法有效的清掃積塵，對于已經(jīng)進入到繼電器等電器元件內(nèi)部的積塵根本沒有可行的清掃方法，故障頻發(fā)期，幾乎每個月都會出現(xiàn)因繼電器觸點接觸不良而導(dǎo)致的系統(tǒng)故障，因此，對這些故障點的改造勢在必行。

1改造方案

該公司使用了三塊Weidmuller 生產(chǎn)的型號為D-32758光電耦合器與原來的繼電器并聯(lián)。該光電耦合器輸入電源為220VAC，可以直接與原繼電器線圈并聯(lián)。輸出端接高電平直流電源，也可以與原繼電器觸點的導(dǎo)線連接形成并連帶電路。在該改造方案中并沒有將原有的繼電器拆除，而是選擇了并聯(lián)的方式，是為了更大程度的確保可靠性。也就是說二者通過并聯(lián)使用后構(gòu)成了邏輯電路中的與門，其特點是只有二者都出現(xiàn)問題才會導(dǎo)致控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障。假設(shè)繼電器的故障率為0.1%，光電耦合器的故障率為0.05%，那么二者同時出現(xiàn)故障的概率只有0.1%×0.05%=0.005%。此時控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率將減小到改造之前的十分之一到二十分之一。而處于DCS系統(tǒng)機柜間內(nèi)的DCS停車信號繼電器工作環(huán)境要優(yōu)于電氣配電室，而且使用了常閉觸點，繼電器線圈不需要常保持帶電狀態(tài)，只有當DCS系統(tǒng)發(fā)出停車指令后，該繼電器線圈得電，常閉觸點斷開后方可執(zhí)行停車過程，因此在該方案中沒有使用光電耦合器。

2結(jié)束語

通過采用本文中的改造方案，確實能夠提高自控系統(tǒng)的穩(wěn)定行，經(jīng)一年多的運行情況來看，再沒有出現(xiàn)過因繼電器觸點接觸不良而導(dǎo)致的系統(tǒng)跳車，也沒有出現(xiàn)過因繼電器觸點接觸不良而導(dǎo)致DCS系統(tǒng)電機運行信號不顯示的情況。

參考文獻

[1] 韓正濤，陳洪征.液晶電視、顯示器用光電耦合器測試要求解析[J].電視技術(shù)，2013（12）：93-95.