張建峰

（方鼎科技有限公司 山東日照 276800）

在科學技術不斷進步的背景下，機械設備大量應用于工農業(yè)生產及人們日常生活中，不僅可以降低人工作業(yè)強度，而且可以提高作業(yè)效率。電氣系統(tǒng)是機械設備依據預定程序運作的關鍵，具有高精度、復雜性的特點，在運行過程中出現故障的概率較高。因此，基于機械電氣系統(tǒng)設計方法，分析機械電氣系統(tǒng)常見故障的解決措施，具有非常重要的意義。

1 機械電氣系統(tǒng)的設計原則

1.1 可靠性

機械電氣系統(tǒng)是負責控制全部與機械生產相關零件的系統(tǒng)，一旦系統(tǒng)出現故障，勢必會導致與之相關聯的設備癱瘓。因此，在機械電氣系統(tǒng)設計時，應貫徹可靠性原則，規(guī)避因機械電氣系統(tǒng)自身性能不穩(wěn)定而引發(fā)的工業(yè)生產進程延滯問題。

1.2 完整性

機械電氣系統(tǒng)是一個高度復雜的系統(tǒng)，任意一個環(huán)節(jié)失誤，均會影響整個系統(tǒng)運行。因此，在機械電氣系統(tǒng)設計時，設計人員應貫徹完整性原則，確保系統(tǒng)充分滿足工業(yè)生產領域的要求。

1.3 經濟性

機械電氣系統(tǒng)是機械工業(yè)控制系統(tǒng)，與機械工業(yè)經濟效益緊密相關。在機械電氣系統(tǒng)設計過程中，需要貫徹經濟性原則，簡化系統(tǒng)操作流程，控制系統(tǒng)成本，確保機械工業(yè)總體效益。

1.4 發(fā)展性

因工業(yè)機械生產領域發(fā)展速度較快，多數工業(yè)生產機械、生產工藝均處于動態(tài)更新狀態(tài)。因此，在機械電氣系統(tǒng)設計過程中，設計人員應考慮系統(tǒng)后期擴展能力，特別是系統(tǒng)通信能力、輸入輸出接口。

2 機械電氣系統(tǒng)的設計方案

2.1 方案論證

在機械電氣系統(tǒng)設計時，設計人員應根據機械電氣系統(tǒng)控制對象，剖析系統(tǒng)運行主要程序以及運行動作、動作轉換時間等運動參數，為后續(xù)系統(tǒng)硬件的合理選取提供依據。例如，在基于PLC的機械電氣系統(tǒng)設計時，設計人員可以根據基于PLC控制所需的各種條件，系統(tǒng)探查機械電氣控制參數，以便充分利用PLC高度穩(wěn)定、配套齊全、維護便捷、適應能力強的優(yōu)勢，同步實現開關控制、順序控制。根據機械設備動作要求，可以借助限位開關裝置控制電氣系統(tǒng)內位置檢測信號，實現對機械動作的精準定位，進而在機械運動時，預先設置運動參數，在參數達到設定值時，準備下一步動作。同時，將壓力繼電器設置到油缸下屬液壓回路內，檢測回路通道的同時，實現基于扭斷按鈕的機械啟動/停止，或者基于電磁閥部件的上限位，上升/左右向移位［1］。

2.2 硬件設計

在機械電氣控制系統(tǒng)設計時，勢必需要配置較多硬件。因基于PLC的機械電氣系統(tǒng)指令源為可編程序邏輯控制器輸出離散型指令，指令的發(fā)出離不開可編程序存儲器的運作。除可編程序存儲器外，還可應用繼電器組、可編程序控制器、連接電路。其中，繼電器主要負責執(zhí)行，由數字指令控制線圈，完成電源電路開合控制。例如，為控制機械電動機方向，可以利用3個繼電器組分別與PLC輸出端相連，配合變頻器限制，促使機械正轉啟動或反轉閉合。

在基礎模塊設計的前提下，設計者需要依據PLC外部硬件運行路線，完成I/O（輸入/輸出）分配，具體如表1所示。

表1 基于PLC的機械電氣系統(tǒng)I/O分配

2.3 運行流程設計

軟件運行流程設計主要是在硬件裝置基礎上，以上電狀態(tài)為前提，完成程序初始化。為了確保機械電氣控制系統(tǒng)實現自動化操作，在主電機初始化程序中，首先需要點擊電動機完成正轉電動運行，先后啟動主電機主觸點、星形，1.0s后，主電機主觸點開始運行且點動指示燈亮起［2］。其次，按下正轉連續(xù)啟動，促使機械主電機正轉連續(xù)運行，而在點擊點動反轉后，則可以進行后退操作。最后，點擊正轉停止或反轉停止，結束整體機械操作。

3 機械電氣系統(tǒng)常見故障

3.1 轉子阻抗異常

轉子是機械電氣系統(tǒng)的基礎組成元件，在機械長時間運轉過程中，轉子超負荷現象較為常見。一旦超負荷運轉，轉子內阻抗將發(fā)生不正常變化，阻礙機械電氣系統(tǒng)整體運行。具體表現為電壓、電流畸變且電流與功率同步增大，與機械擋位調整、開關狀態(tài)改變等操作均會引發(fā)轉子周邊溫度上升及轉子匝間短路、電感設備損壞有關［3］。

3.2 報警燈異常

充電報警燈是機械電氣系統(tǒng)重要安防部件，可以確保機械電氣系統(tǒng)充電安全。充電報警燈異常在機械電氣系統(tǒng)運行過程中較為常見，與發(fā)電機無法正常發(fā)電、導線線束斷路、連接件松動、調節(jié)器故障、電路接觸不良具有較大關系，該故障的存在直接導致了工作者工作量的增加。

3.3 控制器接觸不良

控制器是機械電氣系統(tǒng)的中樞，負責機械操縱指令的下達、傳輸。但在機械電氣系統(tǒng)運行過程中，控制器觸點損壞問題較為常見，可致使控制器觸點接觸不良，影響電氣系統(tǒng)操控機械運行狀態(tài)，最終干擾整體機械正常發(fā)揮作用。

3.4 油壓燈閃亮

油壓燈即機油壓力燈，是監(jiān)測機械電氣系統(tǒng)機油壓力的有效工具。在機械電氣系統(tǒng)運行過程中，控制開關故障、保險絲熔斷、導線線束連接錯誤、電器線與外圍線束斷開均會導致油壓燈閃亮，影響機械正常運行。

4 機械電氣系統(tǒng)常見故障的解決措施

4.1 轉子阻抗異常故障的解決措施

為確定轉子阻抗元件損壞的原因，維修者可以從轉子不同運行狀態(tài)著手，開展交流阻抗試驗。首先，重復多次交流阻抗試驗，在交流阻抗數據無較大差異且電流、功率同時出現幅值一致增大的情況時，去除調壓器，加入220V交流電源電壓，再次進行交流阻抗試驗。在電流、功率顯著增大現象仍未消除后，按下關停按鈕致使轉子進入靜止狀態(tài)。進而將轉子部分碳刷拆除，將交流阻抗試驗用夾子直接夾持在轉子滑環(huán)上，施加電壓，重復上述交流阻抗試驗操作。在試驗中，電流、功率顯著增大表現仍未消除后，開啟機械電氣系統(tǒng)，調整轉子運轉速度為3000r/min，再次重復上述交流阻抗試驗操作［4］。在結果無不正常表現后，調低轉子運轉速度并增設固定電壓，得出在轉子運轉速度達到20r/min時電流、功率同時向高水平發(fā)展情況再次出現，且電流、電壓波形存在畸形變化。由于電感設備、電阻設備并不會導致電流、電壓畸形變化，由此可推斷，故障原因是轉子回路內其他設備元件加入，且相關元件為非線性元件，如位于轉子過電壓保護回路內的碳化硅滅磁電阻，該電阻元件的加入會直接與轉子并聯，致使轉子匝間短路，誘發(fā)電流、電壓畸變。

針對上述故障，維修者可以在后續(xù)轉子運行過程中推出熱工保護及勵磁系統(tǒng)直流側保護、測量回路，并拉開保險。同時，每間隔一定時期測量勵磁系統(tǒng)非線性電阻伏安特性，保證相關問題的及時發(fā)現、處理，降低轉子阻抗異常故障發(fā)生概率。若上述問題仍未解決，則維修者可以拆開轉子，重新連接回路，或者直接進行轉子及周邊電路的更換，徹底解決故障。

4.2 報警燈異常故障的解決措施

為順利解決機械電氣系統(tǒng)充電報警燈異常故障，維修者可以對故障原因進行分析。首先，維修者可以觀察不同機械電氣系統(tǒng)運行狀態(tài)下充電警告燈情況。例如，充電報警燈在待機擋位正常，機械啟動后充電報警燈報警，表明故障原因為蓄電池不充電，測量對應狀態(tài)下端子電壓并讀取機械數據流，在端子電壓小于12V且機械數據流噴油脈寬提高到4.0ms時，可以推測發(fā)電機無法正常充電是充電報警燈異常的直接原因，與發(fā)電機自身部件損壞、主要連接件松動、調節(jié)器故障、電路接觸不良或斷開具有較大關系［5］。其中，發(fā)電機自身部件損壞主要包括電壓調節(jié)器故障、電刷與集電環(huán)接觸不良、整流二極管故障等；調節(jié)器故障主要為調節(jié)器穩(wěn)壓器短路、調節(jié)器與發(fā)電機搭鐵不配套等。

為確定報警燈異常故障的原因，維修者可以對發(fā)電機附件進行檢查。確定附件與質量標準相符且松緊度恰當后，利用萬用表進行附件至蓄電池電阻值測量。確定負極搭鐵電阻正常后，對發(fā)電機內部進行檢查，在發(fā)電機內部電控電路無明顯不正?，F象后，更換全部充電電路，規(guī)避電路老化對故障原因推斷結果影響。更換電路后，發(fā)現蓄電路值無較大變化，表明電路接觸不良或斷開、主要連接件松動均非故障原因。隨后，更換發(fā)電機定子、轉子，故障未消除，表明發(fā)電機自身部件損壞非故障原因。此時，測量線路勵磁信號與信號數據流，得出曲線波不規(guī)則，與正常機械電氣運行正弦波差距較大。表明調節(jié)器內高壓阻尼線受干擾是故障主要原因。也因此，可以更換1組新的高壓線組件，排除故障。

4.3 控制器接觸不良故障的解決措施

對線路材質保護不到位、連接線磨損、接插件松動是機械電氣系統(tǒng)控制器線路接觸不良的主要原因，具體表現為機械電氣系統(tǒng)控制器外部接線、接線口連接接觸不良。在出現上述故障后，維修者可以將控制器從機械電氣系統(tǒng)內拆除，目視控制器連接線，觀察連接線外側絕緣皮是否完整。若連接線外側絕緣皮破損，則維修者可以重新購買可承受高溫的連接線進行連接。而在確定連接線外側絕緣皮完整后，維修者可以用手掰動系統(tǒng)控制器接線口，判斷系統(tǒng)控制器接線口是否存在松動。若系統(tǒng)控制器接線口無松動現象，維修者可以根據電氣系統(tǒng)控制器接線說明圖，觀察接線是否正確，若不正確，則對電氣系統(tǒng)控制器進行重新接線；若正確，則表明控制器內部元件出現故障，需進行控制器的更換。

若重新接線后故障仍然沒有消除，則維修者可以利用萬用表對電源管理電路各點輸出電壓是否正確，若存在問題，則更換損壞元器件，反之，則繼續(xù)查找。在電源管理電路各點電壓無異常時，維修者可以主控芯片為重點，尋找輸入腳，利用萬用表測量輸入腳位置電壓值，觀察相應電壓值是否存在由小到大變化，若不存在，則表明輸入腳存在問題，反之，則繼續(xù)檢查主芯片［6］，即面向線路板尋找脈沖寬度調制輸出位置，利用萬用表測量相應位置電壓值是否存在變化，若不存在變化，則表明脈沖寬度調制輸出位置損壞，需要更換芯片，反之，則檢查功率管驅動電路。借助萬用表測量電路柵極電壓值是否存在從低水平到高水平變化，若無變化，則表明驅動回路存在故障，需要尋找損壞元器件并更換，反之，則需要重新連接功率管。

4.4 油壓燈閃亮故障的解決措施

機油壓力燈閃亮故障原因之一是機油壓力始終處于低位。為判定是否為這一原因，維修者可以抽出油尺，對機油量進行檢查。在確定機油充足后，拆除機油壓力傳感器，短時間內啟動機械，對機械噴油情況進行檢查。在機油壓力傳感器安裝座孔無法順利噴油時，逐一拆除并檢查機油濾清器、限壓閥、旁通閥、泵、機濾器，反之，則對機油壓力傳感器運行情況進行檢查。根據檢查結果，采取針對性維修措施，比如，更換機油濾清器、旁通閥等部件等［7］。

機油壓力燈閃亮故障的又一原因是機油壓力始終處于高位。維修者可以對機油壓力表進行檢查，確定機油壓力表無誤之后，對機油壓力傳感器進行檢查，包括傳感器后油道、限壓閥、軸承間隙等，根據檢查結果采取針對性解決措施。例如，在傳感器后油道堵塞時，拆下油管進行疏通或更換油管；對于限壓閥損壞情況，更換限壓閥；對于軸承間隙過大情況，則重新焊修間隙。

若上述操作仍然無法排除故障，則維修者可以對機油壓力燈特定保險絲進行檢查。在確定保險絲無熔斷情況時，對控制開關電器件進行檢查。在開關無異常后，對電器件阻值進行測量，若阻值為0，則表明電器件內部短路，需重新連接電路。

5 結語

綜上所述，機械電氣故障具有損害性、預告性特征，不僅影響了整體機械正常運行，而且會誘發(fā)安全事故。因此，相關技術人員應結合機械電氣系統(tǒng)的硬件結構與運作流程，剖析機械電氣系統(tǒng)故障發(fā)生規(guī)律，利用現代化故障排除技術，在機械電氣系統(tǒng)故障發(fā)生之初，進行有效維修，為機械電氣系統(tǒng)的安全、高效工作提供保障。