多功能機(jī)組操作手柄漏電問(wèn)題處理

潘 杰，郭軍平，王森泰

（陜西有色榆林新材料集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西榆林 719000）

0 引言

某鋁廠(chǎng)共有2 個(gè)電解系列，4 個(gè)生產(chǎn)車(chē)間，每個(gè)車(chē)間配置電解多功能機(jī)組6 臺(tái)，累計(jì)24 臺(tái)。該多功能天車(chē)是由沈陽(yáng)冶金機(jī)械有限公司2010 年設(shè)計(jì)制造，多功能天車(chē)是電解生產(chǎn)的最重要的輔助設(shè)備，主要完成出鋁、換極、打殼、撈渣、加料、抬母線(xiàn)等工作，多功能機(jī)組使用情況好壞直接關(guān)系到電解作業(yè)能否正常開(kāi)展。該多功能機(jī)組由AB5000 系列PLC 集中控制，分為1 個(gè)主站、2 個(gè)從站。其中操作指令全部由駕駛室操作手柄發(fā)出，通過(guò)從站2 輸入模塊由PLC 系統(tǒng)控制，經(jīng)主配電柜主站CPU 控制后再經(jīng)各從站控制各大系統(tǒng)以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。操作手柄是操作人員直接接觸使用，因此操作手柄的安全可靠直接關(guān)系著操作人員的生命安全。

1 背景

多功能機(jī)組操作手柄采用德國(guó)格斯曼公司生產(chǎn)制造的操作裝置，每臺(tái)多功能機(jī)組配置2 個(gè)操作手柄，2 個(gè)裝置由傳動(dòng)變阻器共產(chǎn)生4 組4～20 mA 模擬量控制信號(hào)控制大車(chē)、工具小車(chē)、出鋁小車(chē)、駕駛旋轉(zhuǎn)等變頻器的速度，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。另外，2 個(gè)操作手柄都設(shè)有通過(guò)彈簧按鈕控制的220 V 開(kāi)關(guān)量，操作人員通過(guò)操作由25 組開(kāi)關(guān)量信號(hào)控制不同機(jī)構(gòu)，如吊鉤升降、空壓機(jī)、液壓站的啟停、更換陽(yáng)極、撈渣、下料等功能的完成。按鈕開(kāi)關(guān)量全部采用AC 220 V 電源，遠(yuǎn)超出人能夠承受的安全電壓，因而存在較大的人員觸電的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 問(wèn)題說(shuō)明

電解生產(chǎn)組織是四班三倒模式，每個(gè)班都要完成電解槽的出鋁、換陽(yáng)極、抓料、下料等相關(guān)工作，以上工作全部要通過(guò)多功能機(jī)組來(lái)實(shí)現(xiàn)。操作人員需要用操作手柄精準(zhǔn)的操作每個(gè)機(jī)構(gòu)完成作業(yè)。手柄的按鈕使用每班達(dá)2000 余次，1 個(gè)月使用次數(shù)達(dá)18 萬(wàn)次，使用半年以后操作裝置開(kāi)始出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，漏電對(duì)地電壓大于110 V，手觸碰時(shí)有明顯觸電感覺(jué)。由于進(jìn)口備件供應(yīng)不及時(shí)，操作人員只能通過(guò)帶手套、加裝塑料袋等防護(hù)防止操作人員觸電，嚴(yán)重影響機(jī)構(gòu)控制精度，極易發(fā)生安全事故。

3 原因分析

經(jīng)研究分析，操作手柄漏電主要原因有以下3 個(gè)方面：

（1）長(zhǎng)時(shí)間的頻繁操作使用，導(dǎo)致操作手柄內(nèi)部按鈕線(xiàn)頭與手柄外殼搭接。每個(gè)按鈕都是開(kāi)點(diǎn)，有兩個(gè)觸腳接線(xiàn)，操作人員將按鈕按下后，開(kāi)關(guān)量接通，將電壓信號(hào)送到PLC 輸入模塊，從而通過(guò)CPU 來(lái)實(shí)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)的控制，但在使用過(guò)程中因松動(dòng)等原因會(huì)導(dǎo)致按鈕旋轉(zhuǎn)，這就使得按鈕的兩個(gè)觸腳或是線(xiàn)頭會(huì)與手柄外殼搭接。

（2）長(zhǎng)時(shí)間的頻繁操作使用，操作手柄裝置按鈕安裝孔周邊絕緣部分磨損導(dǎo)致絕緣破壞。操作手柄按鈕安裝邊緣都有做絕緣處理，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間磨損，會(huì)導(dǎo)致絕緣層失效，金屬層外漏，當(dāng)按鈕線(xiàn)頭與操作手柄外殼搭接時(shí)，操作人員接觸按鈕外側(cè)金屬層時(shí)就會(huì)有觸電的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）操作人員汗?jié)n影響裝置絕緣，致使操作裝置產(chǎn)生漏電現(xiàn)象。操作人員一直用手操作，電解車(chē)間溫度較高，手中容易出汗，汗?jié)n會(huì)經(jīng)按鈕縫隙進(jìn)入手柄內(nèi)部，從而引發(fā)漏電。

4 解決方案

4.1 方案一

（1）緊固按鈕，并將操作手柄內(nèi)部按鈕線(xiàn)頭毛刺處理干凈。

（2）手柄按鈕表面加刷絕緣漆，確保操作人員手不與金屬接觸。

（3）操作人員戴手套操作。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，此方案只是在發(fā)生漏電時(shí)，對(duì)操作人員的臨時(shí)保護(hù)，避免操作人員觸電。但是，操作手柄本身漏電問(wèn)題依然存在，且因手柄按鈕使用過(guò)于頻繁，絕緣漆等短時(shí)間就會(huì)被破壞，操作人員仍然隨時(shí)面臨觸電的風(fēng)險(xiǎn)，不能從根本上解決操作人員觸電的危險(xiǎn)。

4.2 方案二

操作手柄按鈕信號(hào)通過(guò)編程輸入以ID 命名，每個(gè)按鈕所代表點(diǎn)接入PLC 從站2 的數(shù)字量輸入模塊，分別是從ID210-ID21F，ID220-ID22F，ID230-23F 等3 個(gè)16 位數(shù)字量輸入模塊，操作手柄按鈕信號(hào)I/O 配置如圖1 所示。而此3 個(gè)模塊在PLC原設(shè)計(jì)選型上都是采用220 V 交流電供電，因此需要將其替換為24 V 輸入模塊，且在替換時(shí)對(duì)PLC 整個(gè)硬件組態(tài)不會(huì)產(chǎn)生其他影響，只需要在程序組態(tài)時(shí)替換模塊即可。

圖1 操作手柄按鈕I/O 配置

PLC 裝置的替換工作按照以下7 步進(jìn)行：

（1）利用原PLC 電源模塊中24 V 電壓輸出端子替換原220 V 交流電源，將L142 線(xiàn)頭替換為P14E，N142 線(xiàn)頭替換為G14E。

（2）從硬件組態(tài)中，將原PLC 從站2 機(jī)站上的DI31、DI33兩個(gè)數(shù)字量輸入模塊1769-IQ12 AC 220 V 更換為兩個(gè)1769-IQ16 DC 24 V 模塊。

（3）將DI32 模塊的第10、第11 點(diǎn)接至DI33 模塊第11、12點(diǎn)位，因?qū)?2 位模塊改為16 位模塊，故將點(diǎn)位移動(dòng)。

（4）操作手柄裝置AC 220 V 電源進(jìn)線(xiàn)改為G14E-0 V。

（5）第1769-IQ16 DC 24 V 模塊公共線(xiàn)改為P14E-24 V。

（6）利用Studio 5000 編程軟件更換原有程序硬件組態(tài)模塊中，將1769-IQ12 模塊替換為1769-IQ16，編輯映射表（不同工程師的編輯思路會(huì)有所不同），所謂映射表，即為外部輸入信號(hào)在程序中利用虛擬地址代替，以便于程序的改動(dòng)和調(diào)用。

（7）重新下載PLC 程序。將新改動(dòng)的程序組態(tài)編譯完成無(wú)誤后，重新下載至CPU 中，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。

通過(guò)更換輸入模塊及電源線(xiàn)接線(xiàn)，移動(dòng)原按鈕數(shù)字量點(diǎn)位，使得操作手柄所有開(kāi)關(guān)量按鈕通過(guò)電壓全部為24 V 安全電壓，且按鈕接線(xiàn)對(duì)外殼為0 V，徹底解決操作人員觸電的風(fēng)險(xiǎn)，即使操作手柄按鈕絕緣損壞或是操作人員手中出汗，都不會(huì)有觸電的危險(xiǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

在確保操作手柄原使用方式和使用功能不變的情況下，將原設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)量電源AC 220 V 電源更換為DC 24 V 安全電壓，進(jìn)入操作裝置的24 V 電壓選擇0 V 線(xiàn)，24 V 線(xiàn)設(shè)置在配電柜，將裝置內(nèi)原AC 220 V 電壓降為0 V，即使裝置絕緣破損，也不存在漏電、觸電現(xiàn)象，從而徹底實(shí)現(xiàn)設(shè)備的本質(zhì)安全。