堆取料机电气故障快速诊断

陈淑兰 王晓斌

华电江苏能源有限公司句容发电厂 镇江 212413

摘 要：圆形料场堆取料机电气故障经常发生，传统检修方法存在排查难度大、耗时长的问题。结合工作实际，提出合理的故障快速诊断方法。利用PLC 和上位机程序与电气图纸快速定位故障位置，可以大大缩短故障诊断时间。

关键词：圆形料场堆取料机；电气检修；PLC；上位机；诊断；效果

中图分类号：TH22 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2020）16-0080-05

0 引言

国内某发电厂使用的两台圆形料场堆取料机型号为CSR3600/1500·120，堆料出力为3 600 t/h，取料出力为1 500 t/h，料场直径φ 120 m，悬臂长度为53.5 m。其中PLC 品牌为施耐德昆腾系列，PLC 编程软件为UnityPro XL，上位机软件为西门子SIMATIC WinccExplorer软件。

两台堆取料机承担着为发电厂两台1 000 MW 超超临界机组供煤以及万吨级煤船的卸料任务。一旦堆取料机出现严重电气故障，无法及时修复，将会造成机组停机、船煤无法卸料等严重后果。因此堆取料机电气故障的快速诊断和处理尤为重要。

在之前的检修中，通常是找到对应的故障部分，利用图纸对其电气回路进行检查，直至找出故障原因。但由于堆取料机结构复杂，电气联锁保护回路众多，往往故障跳机并不是由故障点直接导致。如果仅仅从故障本身查起而忽略不同系统之间的联锁保护，故障诊断的难度将大大增加，故障处理时间也将大大增长。同时如果故障表现为总电源跳闸等情况，则无法确认故障位置。而在电气故障诊断中利用上位机程序，PLC 程序与现场电气回路检查相结合的办法，将产生事半功倍的效果。

1 主程序介绍

堆取料机的机械结构示意图如图1 所示。

图 1 堆取料机机械结构图

堆取料机分为堆料部分和取料部分，上部为堆料部分，下部为取料部分。堆料部分主要有堆料皮带机、堆料回转以及堆料变幅三个部分。取料部分则分成取料刮板机，取料变幅以及取料回转三个部分。PLC 主程序项目结构视图如图2 所示：

图 2 PLC 主程序项目结构视图

其中与电气故障检修关联较大的有：

FC11_Power_and_Protection( 电源及保护)、

FC12_Stacking_Slew( 堆料回转)、

FC13_Stacking_Luffing( 堆料变幅)、

FC14_Stacking_Belt( 堆料皮带机)、

FC15_Reclaim_Slew( 取料回转)、

FC17_Reclaim_ Luffing_Left ( 取料变幅)、

FC17_Reclaim_Scraper_Left ( 取料刮板机)。

2 故障报警系统

在编制上位机程序时，对一些常见故障编制了相应的标签。因此有些故障可以直接在上位机报警框内显示。这类故障只需直接找到相应程序块，就可以进行下一步检查操作。但由于历史原因以及成本考虑，有大量的故障报警无法在上位机上显示。这时就需要了解整个堆取料机PLC 程序中故障报警系统的结构，才能更好的解决故障。

首先可以从FC11_Power_and_Protection( 电源及保护) 的PLC 梯形图中了解堆取料机故障分类及等级。总故障梯形图如图3 所示。

总故障M119 的起因有：M121 配电保护柜一级故障、M123 配电保护柜一级故障、M219 堆料回转总故障、M319 堆料变幅故障、M419 堆料皮带总故障、M519 取料回转总故障、M619 取料变幅总故障、M819 取料刮板总故障。而在堆料回转总故障子程序内故障结构如图4 所示。

堆料回转总故障的起因为M221堆料回转一级故障、M223 堆料回转三级故障（两者为“或”关系，即有一个故障条件满足，则总故障报警）。其他几个总故障与堆料回转总故障编程结构类似，起因均为对应的一级故障和三级故障。故障报警组织结构图如图5 所示。

图 5 故障报警组织结构图

3 长时间保持故障检修

一般情况下，上位机画面上的故障报警栏会显示相应的故障报警信息。需要根据故障信息提示找到对应的PLC 子程序，然后根据下文介绍的方法进行诊断故障。当上位机没有故障报警显示时，可先将程序改为在线连接状态进行监测。对于一些一直存在的故障，例如急停、火灾报警等，可以先观察总故障线圈是否动作（线圈颜色由红变绿），然后观察总故障动作的条件中哪个已经满足，再根据满足的条件对应的分故障进行分析，看分故障对应的条件有哪些已满足。最终通过对程序进行逐步反推，找到故障点。

例如在某次堆取料机故障中，堆取料机处于半自动堆煤模式，总电源开关保护跳闸动作。司机反映操作台无故障报警信息且总电源无法合上（即故障一直存在）。检修班组到达现场后，首先打开unity pro 软件，按照上文所述方法，先检查FC11_Power_and_Protection( 电源及保护) 中图3 所示的总故障回路，发现总故障线圈动作，配电柜一级故障接点M121 动作，再检查M121 对应的故障报警回路（如图6 所示），发现M121 线圈动作起因为DB100_DBW20 动作，而DB100_DBW20 对应的位故障如图7 所示，检查发现DB100_DBW20.3 线圈动作，对应的触点为sys_EStop_R_ScraperSide_sig（刮板驱动右侧急停按钮）动作，于是现场查看故障，发现由于煤堆过高，引起坍塌，导致急停开关被埋住动作，扒开煤块发现开关已被砸坏，只能更换急停开关。此次由于故障点比较隐秘且无故障报警信息，如采用传统检查方法，需进行全面排查耗费大量时间，采用如上方法很快就将故障查出。

图 6 配电柜一级故障梯形图

图 7 DB100_DBW20 故障梯形图

4 瞬时故障检修

4.1 总故障报警

部分情况下，由于存在各种电气保护及联锁保护，故障发生后立即会跳闸或者停止运行，所以故障信号瞬间动作后不会保持。这时就需要将PLC 程序切换为在线监测模式，重复启动堆取料机发生故障的部分，观察总故障信号是否会瞬间动作（即线圈图标由红变绿）及引起总故障的是哪个子系统总故障条件已经满足（触点图标由红变绿）。然后进入该子系统总故障程序界面，重复以上启动设备操作，观察子系统总故障是否动作及引起该子故障的故障原因，确定是子系统一级故障还是三级故障。对于一级故障和三级故障的逻辑，以一级故障为例：将每一个故障点的动作信息（动作置1，不动作置0）存入一个中间变量字中的一位（共16 位），而后判断故障字是否等于1，等于1 则报一级故障，三级故障判断同上。于是也需重复以上启动设备操作，观察对应的一级故障、三级故障中，哪个故障点动作（触点图标由红变绿），从而定位到故障位置，然后结合图纸到就地对故障点进行检查。在实际的故障诊断中，该方法可快速定位故障位置。

如在某次堆取料机故障中，司机反映取料刮板电机启动数秒后停止运行，司机室操作界面无故障报警。检修人员现场检查发现，刮板电机由软启动器降压启动，启动数秒后软启动器无法完成切换，从而无法启动取料刮板电机。于是打开unity pro 软件，打开FC11_Powerand_Protection( 电源及保护) 子程序，观察图3 所示程序段，让司机启动刮板电机，发现启动瞬间总故障线圈M119 动作，触点M819 刮板链条总故障触点动作，于是打开FC17_Reclaim_Scraper_Left ( 取料刮板机) 子程序，观察如图8 所示程序段，再让司机启动刮板电机，发现M819 线圈动作同时M821 取料刮板一级故障触点动作，找到M821 线圈对应程序段如图9 所示。再让司机启动刮板电机，DB800_DBW0 动作。由上文所述可知，DB800_DBW0 有16 位，启动刮板电机，检查各位对应的线圈是否动作，最终检查图10 所示对应的DB800_DBW0.9 在电机启动瞬间动作，进一步检查发现KA74B刮板电机1 软启运行输出不动作。就地检查发现软启动器输出接点故障导致无运行输出。检修软启动器后，恢复正常。

图 8 刮板链条总故障梯形图

图 9 取料刮板机一级故障梯形图

图 10 DB800_DBW0.9 故障梯形图

4.2 总故障不报警

在某些情况下，由于线圈动作和触点动作存在时间差，而故障信号有时是瞬间动作，从而导致子程序的故障动作无法在总故障中及时体现，即故障发生不会引起总故障线圈动作。也就无法通过监测总故障来进行故障诊断。在对堆取料机程序进行仔细研究并结合日常检修经验，发现通常堆料、取料各子程序中，均存在对应的方向联锁和方向（启动）请求，只有当相应的方向联锁和请求均正常动作时，对应的回转、变幅等机构才能正常启动工作。所以在日常故障诊断中，在遇到堆、取料机构回转、变幅以及堆料皮带机和取料刮板机无法正常动作时，可直接进入对应的子程序中，找到方向联锁和请求对应的程序段，联系程控启动设备，即按下相应的司机室操作按钮，实时监测方向联锁和请求的线圈能否正常动作，若不能，排查是程序段中何种条件不满足导致的，不满足的条件通常就是引起故障的原因。发电厂#2 圆形料场发生过一次堆取料机取料回转左行无故停止故障，司机反映取料回转左行可以启动，但工作一段时间后会无故停止，时间无规律。现场查看中控机无故障报警。由于故障表现为取料回转部分，于是在程序中快速定位到取料回转子程序（见图11），观察取料回转左转方向联锁和方向请求程序段运行情况（见图12）。

图 11 取料回转左转方向联锁梯形图

图 12 取料回转左转方向请求梯形图

观察图11 所示程序段，发现M501 线圈接点在故障瞬间存在闪烁的情况，原因是M528 触点在故障瞬间动作，而由于动作时间过短，图12 所示程序段M507取料左转方向请求线圈并未动作。于是到M528 触点对应线圈所在程序行（如图13 所示）进行查看，联系司机再次启动取料回转，发现在无故停止瞬间，DB500_DBW40 有输入。

图 13 M528 线圈程序梯形图

根据上文所述的故障报警机制，在故障发生瞬间观察该字对应的各个位变量的动作情况。最终发现为左侧防撞开关1 瞬间动作。现场检查发现该防撞开关电源线被煤块砸伤，电源线接触不良。

刮板机的悬臂防撞装置属于组合结构，接近开关选用PNP（24V）输出常闭型接近开关。因工作需要对防撞装置进行了改造。当防撞开关没有动作时，接近开关检测板紧贴接近开关，使其动作，接近开关常闭触点断开，电气原理图如图14 所示，PLC 对应的DI4 的通道指示灯不亮。图15 所示程序中常开触点R_SL_L_Anticollision_L_1_ls（取料刮板机左侧防撞1）断开，此时防撞保护不动作，左转方向请求允许。

而当防撞装置碰撞煤堆动作时，接近开关检测板远离接近开关，接近开关不动作，接近开关常闭触点闭合，电气原理图如图14 所示，PLC 对应的DI4 的通道指示灯亮。图15 所示程序中常开触点R_SL_L_Anticollision_L_1_ls（取料刮板机左侧防撞1）闭合，此时防撞保护动作，左转方向请求不允许。

而当该防撞开关1 电源线被煤块砸伤，电源线接触不良，正常工作时无异常，但堆取料机工作时存在较大震动，导致取料回转过程中，接近开关瞬间失电，失电情况下，无论防撞装置是否碰撞煤堆，接近开关常闭触点始终闭合，防撞保护动作，取料回转左转方向请求M507 不满足，取料回转左行停止。

该故障处理过程中由于需等待故障发生，具有极大不确定性，所以消耗掉许多时间。在实际工作中，对于此类不确定性极大的故障，可以先判断是否可以将疑似缺陷项短接跳过，若可以则短接该缺陷项的触点信号，观察故障是否发生。若故障一直不发生，则该缺陷项故障的可能性很大，需就地进行检查。若故障依然发生，则利用此方法逐一排查疑似故障点，直至查出故障。

图 14 DI4 模块接线图

图 15 防撞保护PLC 程序梯形图

5 结语

为了缩短堆取料机电气故障的诊断和检修时间，针对长时间保持故障、瞬时故障( 总故障报警)、瞬时故障( 总故障不报警) 三种故障情况，利用堆取料机自有的上位机及PLC 程序，结合日常的检修经验，分别提出了故障诊断方法。经过现场工作的验证，能缩短堆取料机电气故障的诊断时间，提高故障诊断的效率。

参考文献

[1] 王晓斌. 圆形料场堆取料机刮板机防撞装置[J]. 起重运输机械,2017(9):155-157.

[2] 王兆宇. 施耐德PLC 电气设计与编程自学宝典[M]. 北京：中国电力出版社,2015.