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

某鋁廠共有2 個電解系列，4 個生產(chǎn)車間，每個車間配置電解多功能機(jī)組6 臺，累計24 臺。該多功能天車是由沈陽冶金機(jī)械有限公司2010 年設(shè)計制造，多功能天車是電解生產(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)能否正常開展。該多功能機(jī)組由AB5000 系列PLC 集中控制，分為1 個主站、2 個從站。其中操作指令全部由駕駛室操作手柄發(fā)出，通過從站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格斯曼公司生產(chǎn)制造的操作裝置，每臺多功能機(jī)組配置2 個操作手柄，2 個裝置由傳動變阻器共產(chǎn)生4 組4～20 mA 模擬量控制信號控制大車、工具小車、出鋁小車、駕駛旋轉(zhuǎn)等變頻器的速度，從而實(shí)現(xiàn)無級變速。另外，2 個操作手柄都設(shè)有通過彈簧按鈕控制的220 V 開關(guān)量，操作人員通過操作由25 組開關(guān)量信號控制不同機(jī)構(gòu)，如吊鉤升降、空壓機(jī)、液壓站的啟停、更換陽極、撈渣、下料等功能的完成。按鈕開關(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。

2 問題說明

電解生產(chǎn)組織是四班三倒模式，每個班都要完成電解槽的出鋁、換陽極、抓料、下料等相關(guān)工作，以上工作全部要通過多功能機(jī)組來實(shí)現(xiàn)。操作人員需要用操作手柄精準(zhǔn)的操作每個機(jī)構(gòu)完成作業(yè)。手柄的按鈕使用每班達(dá)2000 余次，1 個月使用次數(shù)達(dá)18 萬次，使用半年以后操作裝置開始出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，漏電對地電壓大于110 V，手觸碰時有明顯觸電感覺。由于進(jìn)口備件供應(yīng)不及時，操作人員只能通過帶手套、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 個方面：

（1）長時間的頻繁操作使用，導(dǎo)致操作手柄內(nèi)部按鈕線頭與手柄外殼搭接。每個按鈕都是開點(diǎn)，有兩個觸腳接線，操作人員將按鈕按下后，開關(guān)量接通，將電壓信號送到PLC 輸入模塊，從而通過CPU 來實(shí)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)的控制，但在使用過程中因松動等原因會導(dǎo)致按鈕旋轉(zhuǎn)，這就使得按鈕的兩個觸腳或是線頭會與手柄外殼搭接。

（2）長時間的頻繁操作使用，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)過長時間磨損，會導(dǎo)致絕緣層失效，金屬層外漏，當(dāng)按鈕線頭與操作手柄外殼搭接時，操作人員接觸按鈕外側(cè)金屬層時就會有觸電的風(fēng)險。

（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，電解車間溫度較高，手中容易出汗，汗?jié)n會經(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)過測試，此方案只是在發(fā)生漏電時，對操作人員的臨時保護(hù)，避免操作人員觸電。但是，操作手柄本身漏電問題依然存在，且因手柄按鈕使用過于頻繁，絕緣漆等短時間就會被破壞，操作人員仍然隨時面臨觸電的風(fēng)險，不能從根本上解決操作人員觸電的危險。

4.2 方案二

操作手柄按鈕信號通過編程輸入以ID 命名，每個按鈕所代表點(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16 位數(shù)字量輸入模塊，操作手柄按鈕信號I/O 配置如圖1 所示。而此3 個模塊在PLC原設(shè)計選型上都是采用220 V 交流電供電，因此需要將其替換為24 V 輸入模塊，且在替換時對PLC 整個硬件組態(tài)不會產(chǎn)生其他影響，只需要在程序組態(tài)時替換模塊即可。

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 線頭替換為P14E，N142 線頭替換為G14E。

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

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

（5）第1769-IQ16 DC 24 V 模塊公共線改為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有所不同），所謂映射表，即為外部輸入信號在程序中利用虛擬地址代替，以便于程序的改動和調(diào)用。

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

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

5 結(jié)語

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)計開關(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，24 V 線設(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。