邢云龍 王 斌 汪浩然

（中國衛(wèi)星海上測控部，江陰 214431）

測控天線的動力驅(qū)動由伺服電機提供。為了滿足測控天線的跟蹤性能，伺服電機在工作過程中需要高速運轉(zhuǎn)并頻繁加減速，造成了伺服電機內(nèi)部出現(xiàn)發(fā)熱問題。如果任由伺服電機內(nèi)部熱量累積，則會導(dǎo)致伺服電機電樞部位過熱，影響伺服電機的工作性能，嚴(yán)重時甚至燒毀伺服電機電樞，造成伺服電機不能正常工作，影響測控任務(wù)的執(zhí)行。因此，需要及時疏散伺服電機工作時產(chǎn)生的熱量，以降低伺服電機電樞部位工作溫度，保證伺服電機始終處于良好的工作狀態(tài)。目前，測控天線采用的伺服電機散熱方式多采用風(fēng)機直吹的風(fēng)冷方式。所以，散熱風(fēng)機在測控天線運轉(zhuǎn)過程中發(fā)揮著不可或缺的作用。

1 散熱風(fēng)機工作特性

由于測控天線運轉(zhuǎn)時的特殊要求，通常采用調(diào)速直流伺服電機進(jìn)行天線動力驅(qū)動。某型測控天線的方位系統(tǒng)采用4臺電機驅(qū)動，其中1#、2#為一組，3#、4#為一組，每組通過行星減速機將電機動力輸出到天線減速箱來驅(qū)動天線方位系統(tǒng)轉(zhuǎn)動[1]。每臺伺服電機附帶一臺X型離心散熱風(fēng)機，供電為交流380 V。為保證散熱風(fēng)機正常發(fā)揮工作效能，散熱風(fēng)機與天線伺服電機同時接入可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。當(dāng)PLC確認(rèn)伺服電機加電正常后會控制散熱風(fēng)機加電，對伺服電機進(jìn)行風(fēng)冷降溫。因為PLC的中央處理器（Central Processing Unit，CPU）的運算處理速度非?？?，所以從宏觀上來看，由PLC發(fā)出控制指令到不同被控器件完成指令動作似乎是同時的，散熱風(fēng)機晚于伺服電機啟動的時間里并不會大量累積伺服電機熱量。散熱風(fēng)機實際安裝位置如圖1所示。

圖1 散熱風(fēng)機實際安裝圖

2 散熱風(fēng)機的PLC邏輯控制關(guān)系

測控天線散熱風(fēng)機的工作過程是基于PLC控制的反饋控制原理實現(xiàn)的。PLC內(nèi)部CPU程序通過對散熱風(fēng)機供電電路上繼電器輸入的狀態(tài)信號進(jìn)行計算分析，從而對該繼電器發(fā)出吸合、斷開指令來控制散熱風(fēng)機的工作狀態(tài)。

PLC有輸入、輸出接口。當(dāng)PLC輸入端子連接的外部按鈕斷開時，即PLC無法收到有效的反饋信號，內(nèi)部CPU在輸入端讀入的數(shù)據(jù)是“0”或“1”（根據(jù)程序設(shè)定）。當(dāng)PLC輸入端子連接的外部按鈕閉合時，PLC的控制電源（一般為直流24 V）的正極（或負(fù)極）經(jīng)過外部觸點到達(dá)公共端，最終回到電源負(fù)極（或正極），實現(xiàn)閉環(huán)。此時，PLC輸出接口電路將CPU送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成實際需要的強電信號輸出，向被控制對象的各種執(zhí)行元件輸出控制信號，從而達(dá)到控制被控對象工作的目的[2]。

為了保護(hù)設(shè)備，天線散熱風(fēng)機的PLC邏輯控制關(guān)系中加入了設(shè)備電源檢測設(shè)備，如圖2所示。

圖2 散熱風(fēng)機的PLC邏輯控制關(guān)系示例

3 案例分析

在某型測控天線的例行天線結(jié)構(gòu)檢查維護(hù)過程中，崗位人員對伺服電機進(jìn)行工作性能狀態(tài)檢查時發(fā)現(xiàn)，該天線3#、4#伺服電機對應(yīng)的散熱風(fēng)機不能隨伺服電機的加電正常啟動，1#、2#散熱風(fēng)機啟動正常且工作正常。散熱風(fēng)機的電路連接，如圖3所示。

圖3 散熱風(fēng)機的電路連接

根據(jù)故障排查處置原則，通過梳理設(shè)備層級關(guān)系，并結(jié)合當(dāng)前故障現(xiàn)象，首先排除散熱風(fēng)機交流380 V供電問題，然后崗位人員對3#、4#散熱風(fēng)機工作性能進(jìn)行檢查。通過測量散熱風(fēng)機電樞阻值，測得3#散熱風(fēng)機電樞阻值為56.8 Ω，4#散熱風(fēng)機電樞阻值為57.1 Ω（散熱風(fēng)機電樞阻值正常值范圍為60 Ω）， 說明3#、4#散熱風(fēng)機性能良好。在故障復(fù)現(xiàn)過程中，崗位人員發(fā)現(xiàn)在對3#、4#任意一臺伺服電機加電時，散熱風(fēng)機對應(yīng)的220 V交流接觸器（KM6）沒有吸合動作，導(dǎo)致3#、4#散熱風(fēng)機供電電路為斷路狀態(tài)。3#、4#散熱風(fēng)機沒有電力供應(yīng)，故不能正常啟動。崗位人員用外力使KM6強制吸合后，3#、4#散熱風(fēng)機可正常啟動并正常工作。通過崗位人員的故障商討，初步認(rèn)定為KM6性能損壞，因而不能向PLC反饋有效信號。組織對KM6進(jìn)行備件更換，更換后3#、4#散熱風(fēng)機依舊不能隨伺服電機的加電而啟動。繼電器接線示意圖，如圖4所示。

圖4 繼電器接線示意圖

通過與1#、2#散熱風(fēng)機的啟動過程進(jìn)行試驗比對，結(jié)合PLC指示燈的指示狀態(tài)發(fā)現(xiàn)，3#、4#任意一臺伺服電機加電時，PLC程序?qū)M6都沒有控制指令輸出，說明KM6不能吸合的原因可能在于PLC長時間工作造成內(nèi)部程序錯亂導(dǎo)致的[3]。因為崗位不具備對PLC內(nèi)部程序檢查的條件，所以只能通過對PLC進(jìn)行斷電重啟和備件更換來排查故障原因。分別對PLC進(jìn)行斷電重啟和備件更換后發(fā)現(xiàn)，故障現(xiàn)象仍然存在。散熱風(fēng)機的邏輯控制程序網(wǎng)絡(luò)，如圖5所示。

圖5 散熱風(fēng)機的邏輯控制程序網(wǎng)絡(luò)

分析PLC程序網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)，PLC對KM6輸出吸合控制指令的前提是PLC內(nèi)部收到正常的交流380 V供電反饋指令，而380 V供電反饋指令是由測量與監(jiān)控繼電器（QM1、QM2）送出的。結(jié)合散熱風(fēng)機電路連接圖檢查QM2反饋信號的有效性發(fā)現(xiàn)，QM2沒有送出380 V供電輸出的反饋信號，意味著QM2對PLC沒有進(jìn)行有效的交流和380 V供電信息反饋，使得控制散熱風(fēng)機工作的鏈路沒有實現(xiàn)閉環(huán)反饋，PLC不能對控制散熱風(fēng)機加電的繼電器（KM6）發(fā)出吸合指令。隨即對QM2進(jìn)行備件更換，3#、4#散熱風(fēng)機恢復(fù)正常啟動。測量與監(jiān)控繼電器接線圖，如圖6所示。

圖6 測量與監(jiān)控繼電器接線圖

4 分析與改進(jìn)

測控設(shè)備精密程度高，集成度高。為保護(hù)設(shè)備安全并實現(xiàn)設(shè)備操控的智能化，伺服驅(qū)動設(shè)備采用安裝保護(hù)器件與設(shè)置PLC程序相結(jié)合的方法，在供電線路上設(shè)置保險絲和空氣開關(guān)的基礎(chǔ)上，安裝了測量與監(jiān)控繼電器，增加了相序保護(hù)功能，可保證電站供電相序與設(shè)備接線相序不一致時或是電站供電異常時的設(shè)備安全[4]。

根據(jù)該型測控天線指標(biāo)設(shè)計要求，天線方位系統(tǒng)采用4臺伺服電機驅(qū)動。在設(shè)備電路設(shè)計過程中，天線方位系統(tǒng)的電路上安裝了2臺測量與監(jiān)控繼電器。在設(shè)備的實際使用過程中發(fā)現(xiàn)，這種設(shè)計既存在過度保護(hù)和占用內(nèi)部器件空間的問題，又增加了單點失效環(huán)節(jié)，對提升設(shè)備穩(wěn)定性能意義不大。崗位人員分析散熱風(fēng)機電路連接圖并結(jié)合設(shè)備操作實際發(fā)現(xiàn)，可以優(yōu)化散熱風(fēng)機的控制電路，并通過調(diào)整保護(hù)器件的安裝位置，減少保護(hù)器件的安裝數(shù)量。

通過圖7與圖8的對比可以發(fā)現(xiàn)，散熱風(fēng)機控制電路調(diào)整后，一臺測量與監(jiān)控繼電器對兩組散熱風(fēng)機的供電同時進(jìn)行監(jiān)控與保護(hù)，依然可以對設(shè)備器件起到保護(hù)作用，而且可以減少機柜內(nèi)部電路布線和保護(hù)器件的使用數(shù)量，優(yōu)化設(shè)備內(nèi)部安裝空間，減少設(shè)備單點失效環(huán)節(jié)的同時降低設(shè)備安裝成本[5]。通過與設(shè)計人員的溝通，結(jié)合實際工作驗證，散熱風(fēng)機保護(hù)電路的調(diào)整和PLC內(nèi)部程序的優(yōu)化不僅完全滿足設(shè)備實際使用要求，也符合設(shè)備的安全防護(hù)要求。

圖7 調(diào)整后的散熱風(fēng)機電路連接

圖8 調(diào)整后的散熱風(fēng)機邏輯控制程序

5 結(jié)語

通過對測控天線散熱風(fēng)機控制異常的故障案例進(jìn)行排查與原因分析、處置，進(jìn)一步梳理了設(shè)備內(nèi)部器件之間的層級關(guān)系與PLC內(nèi)部邏輯控制程序的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了設(shè)備電路設(shè)計可以優(yōu)化的空間，并進(jìn)行了實際改進(jìn)。實驗證明，散熱風(fēng)機控制電路的調(diào)整和PLC內(nèi)部程序的優(yōu)化并不影響設(shè)備電路的實際操控與保護(hù)，具有可行性。