某型试验机水配重系统排故分析

李剑

摘 要：文章针对实际工作中的一起故障现象进行分析，通过对PLC输出端电路以及外线路分析，阐述工程设计中的注意事项。

关键词：PLC；双向晶闸管；故障

1 引言

某型试验机因试飞科目需要，加装了一套水配重系统。该系统设计采用可编程控制器PLC为数据采集与控制的核心控制单元，实时采集系统流量、压力、开关、液位、燃油消耗等信号，自动调节重心到要求位置，同时系统具有紧急调节功能、应急调节功能和远程监控功能。

水配重系统在进行地面通电验证系统调节方式优先级时，发生辅泵系统调节故障。针对故障现象对电气改装线路图及PLC内部原理进行分析，得出故障产生原因是由于PLC内部结构和外线路控制端连线问题。本文将PLC控制故障进行分析说明，为后续使用PLC设计电路时提供参考。

2 原因分析

2.1 故障现象说明

水配重系统优先级试验内容为验证3种调节方式优先级是否正确，即应急调节>紧急调节>正常调节。应急调节由直控开关控制，当打开直控开关后，不论系统在任何调节方式都应转为应急调节，随后系统自动完成对两个辅泵的控制调节过程。应急调节的外部控制电路图如图1所示。图1中，J1为J210-J1N型继电器，J2为J320-D1A型继电器，J3、J4为T020-120s型继电器。

电路图分析：按图1连接线路，当水配重系统进行正常调节时，打开直控开关，飞机直流28V电通过直控开关，将继电器J2吸合，其触点A1与A2闭合，此时28V电通过二极管将继电器J1吸合，则PLC电源的24V+掉电，系统不通过PLC的内部程序进行控制，此时其他泵停止工作。但辅泵1（Y1）、辅泵2（Y3）通过J3、J4延时继电器的外线路，来控制这两个辅泵的工作状态。以上控制原理是系统完成正常调节转为应急调节的工作过程。

地面试验实际操作直控开关后，出现的故障现象是： PLC控制模块的工作指示灯未熄灭，两台辅泵未按继电器控制方式工作，系统正常模式转应急模式未启动成功。

图1 应急调节外线路与PLC线路图

2.2 故障分析：

根据接线图分析，出现故障的原因可能有：

（1）继电器J1或J2未能正常工作；

（2）PLC控制模块的24V+端与输出COM端在转换时有电压串入。

依据上述分析的故障原因，进行线路排查，最终确定原因2的可能性很大。针对PLC控制模块的输出单元内部线路进行分析，本系统采用三菱系列的PLC控制模块，其输出单元为双向晶闸管方式，内部原理图如图2。

在双向晶闸管输出电路中，输出电路采用的开关器件是光控双向晶闸管，虚线框内是PLC 内部的输出电路，线框外右侧为外部用户连接线，各个输出点对应的输出电路均相同。

图2中，T 为光控双向晶闸管（两个晶闸管反向并联）；LED 指示输出点的状态；R2， C 构成阻容吸收保护电路；FU 为熔断器。

图2 PLC输出端内部原理图

输出端工作原理为：当对应于T 的内部继电器的状态为1 时，发光二极管导通发光，同时输出指示灯LED 点亮，表示该输出点接通；当对应T 的内部继电器的状态为0 时，T 不导通，此时LED 不亮。双向晶闸管为无触点开关，无论外接电源极性如何，都能使双向晶闸管T 导通，使负载得电，输出的负载电源可以根据负载的需要选用直流或交流电源。双向晶闸管响应时间介于晶体管型与继电器型之间。

由图1电路图可以看出，当直控开关闭合时，28V电分为两条通路通过，支路1为：J1、J2吸合后，将PLC控制模块的输入电源端（24V电）断开，此通路完成PLC对所有泵控制的切断；支路2为：J3继电器的B2、B3触点，J4继电器的B2、B3触点，由于J3、J4继电器为延时吸合120S的时间继电器，故Y1、Y3的输出接线端在4min内，一直存在28V。

根据图2所示，Y端出现28V时，双向晶闸管T 导通，由于双向晶闸管响应时间介于晶体管型与继电器型之间，可通过比较支路1与支路2的响应时间：支路1完成通路必须在J1、J2吸合后，即响应时间为2个继电器动作时间之和，不大于21ms；支路2完成通路在双向晶闸管T导通后，即响应时间不大于6ms。因此，在PLC电源输入端未完成断电情况下，Y1、Y3端电压已经串至PLC控制器的COM1端，而COM1端与PLC控制器的24V+端，外线路有并线连接，导致PLC的24V电压端一直存在28V电压，使得PLC控制器工作程序出现混乱，以致系统出现上述故障现象。

2.3 故障排除

将PLC的输出端COM1与PLC电源输入的24V+端并线取消，并将COM1端另外接至电源点24V+。重新进行试验内容，系统完成正常模式转应急模式，上述故障现象排除。

3 结束语

综上所述，这一起故障是由于对PLC内部线路的不了解，以及设计外线路时没有考虑到元器件响应时间而导致，通过对PLC内部电路的分析，加深对可编程控制器的理解，在今后的工程设计中，可避免出现电源串电的设计缺陷。

参考文献

[1]周万珍，高鸿斌.PLC分析与设计应用[M].北京：电子工业出版社，2004.