Lauda循环水浴器制冷故障分析与处理

李承靖，袁 伟，杨 波，李 阳，王政炜，刘 琦，苏会忠，李 鑫

（中国工程物理研究院化工材料研究所，四川绵阳 621900）

0 概况

循环水浴器是化工行业科研生产的重要温控设备，广泛用于各种涉及温度精确控制的场合。在化工制药领域，越来越多的实验要求水浴能够按照一定的程序升温、降温，并且对水浴温度的控制精度也提出了更高的要求。循环水浴器通过加热器和制冷系统，对机内水箱中的循环水温度进行调节，通过循环泵让循环水在换热螺旋管中流动，从而对试验槽内水温进行控制。目前国内众多科研院所、高等院校都引进了德国Lauda公司的循环水浴器。该设备制冷能力强、控制精度高、工作温度范围广、能长时间连续工作，是许多科研实验的关键设备。制冷系统是循环水浴器的最为关键的部分，由于设备经常处于长时间连续运行状态，难免出现各种故障。为保证重要科研活动的顺利进行，及时、准确地对故障进行判断和处理具有重要的意义。

1 故障现象

每次机器一启动制冷，就出现故障报警，机器停机无法启动加热和制冷，故障代码“Cool 9 pt1 break”。最初机器可正常启动，当设定温度高于水温时，系统启动加热，加热功能正常。当实际水温度超过设定温度时，系统自动开始启动制冷，听到压缩机和散热风扇启动几秒钟，然后系统就故障报警，机器无法运行。后来只要一开机，就一直出现故障报警了，机器无法正常启动。

2 故障分析

根据系统初期故障现象，判断加热系统的功能是正常的，只有系统启动制冷的时候出现故障报警，此故障下系统自动停止加热和制冷功能，无法正常工作。根据操作者描述，设备故障前并未做过设置变更或软件更新，所以硬件损坏的可能性较大，推测是制冷部分某个相关器件损坏。

从与制冷相关的部件分析，引起该故障的原因初步定位在4个方面：①传感器接线、控制回路接线有断路、虚接等情况；②与制冷相关的某传感器硬件损坏；③控制板损坏；④前面板损坏。

3 故障查找

硬件故障3个排查原则：①先查常见故障，诸如断线、短路、接触不良等常见问题应先排查；②先易后难，先检测容易检测的，不方便检测的留到后面排查；③经济原则，先排查外围部件，最后排查控制板、操作面板等核心贵重部件。

3.1 接线排查

用万用表检查了控制板与前面板的通讯线，检查了控制板外围接线端子。经检查，这些线路连线可靠，无断线、短接、虚接情况，排除控制线路、端子的连接质量问题。

3.2 传感器硬件故障排查

传感器硬件故障会使某些信号不能反馈或者错误反馈到控制系统，造成系统报错。根据本次故障的特点，这是重点排查的地方。外围传感器一般通过接插件的形式与主控制板相连，排查思路是对每个插口所连器件进行识别，用相关测试仪器对器件进行初步判断，然后更换一个可替代部件或输入类似的信号，若系统故障消除，即可判断为故障点。

（1）拔下图1中①号所指的插头，顺着线路梳理分析，该传感器为散热铜管上的温度传感器，为热电偶型，用万用表检测检查判断该传感器正常。拔下后系统报错，出现新的故障代码，插上后新故障代码消失，恢复最初的故障代码，排除该传感器故障的可能。

（2）拔下图1中③号所指的插头，线路梳理后发现，该传感器装在风扇转轴旁（图2中圈所示部分），分析判断为转速传感器组件。该传感器为条状，头部靠近转轴，转轴上有一个凸起的金属块，分析判断最有可能为感应式接近开关。拆掉该传感器之后，系统故障代码没有变化，有两种可能：一是该传感器故障，此处为故障点；二是传感器正常，但该传感器的故障报警顺序在前面所述的故障时序之后，前一个故障未消除的情况下不会出现这条报警代码。该转速传感器故障状态不明确，先进行下一项排查。

图1 控制板

（3）拔下图1中②号所指的插头，该插头上接了两根二线制的导线，顺着线路梳理，判断均为铂电阻型温度传感器。用万用表分别对两组铂电阻进行测量，发现接线端子上面2个端子所接传感器正常，下面所接那两根线之间断路。下面两根线所接的温度传感器安装在冷凝管上，采用贴片的形式，属于制冷部分的温度探针。初步判断“Cool 9 pt1 break”所指的故障点即为此处。

为了进一步验证，采用元件替换的方式进行故障消除和功能恢复。采用FLUKE725模拟pt100铂电阻信号接入这两端，开机测试后“Cool 9”不再报警且能正常开机和加热，且当温度设定超过水温时，可正常启动制冷。故障情况得到恢复，确定为冷凝管上温度传感器损坏。

然而新的故障现象又出现了，制冷启动数秒之后，系统停机并出现故障报警“cool 24 Fan”,初步推测故障与制冷部分的散热风扇相关。从前面（2）中的分析可知，该风扇转速组件出现问题的可能性最大。停机后制冷风扇也一直转，而且转速比正常情况下要高。推断为该传感器未将转速信号反馈到控制部分，以致出现不能停止转动、转速异常等现象。考虑到该传感器最有可能为感应式接近开关，所以故障可能性有3点：①传感器硬件损坏；②传感器信号线断线、短路等；③安装位置不合理，相对位置超过有效检测距离。该传感器安装位置不方便拆卸，本着先易后难的原则，先对“安装位置不合理”这个可能性进行排查。由于之前维修检查的过程中，可能对该传感器的安装金属片造成了非弹性形变，这么一分析这里就成了最有可能的故障点。

查阅资料发现，目标的尺寸对检测距离有影响。满足（1）或（2）式任何一个条件时，检测距离不受影响。

图 2 风扇转速传感器

式中l—— —检测距离

d——接近开关感应头直径

S——目标物体面积

若目标物体的面积达不到推荐数值，接近开关的有效检测距离将按表1推荐的数值减少。

通过现场粗略测量，该接近开关感应头直径6 mm，目标物体为一金属圆柱，直径5 mm,则该目标物体圆面积约78.5 mm2,将d=6 mm，S=78.5 mm，带入（1）和（2）式，结果为 2 mm≤l≤2.9 mm，l＜2 mm。表明当检测距离l≤2.9 mm时，在该目标尺寸下检测距离不受影响。若将有效系数定为0.9，则有效检测面积S=157 mm2，计算的有效检测距离为l≤4.1 mm。

表1 目标物体面积对检测距离的影响

理论估算有效检测距离为4.1 mm，现场查看发现，目标金属与传感器感应头的距离明显大于理论估算值，判断此处风扇报警故障为传感器与目标物体相对距离超出有效检测距离所致。

通过调整传感器安装金属片，将间距调整到3 mm左右（为保证传感器安全，不能靠得太近）。开机进行测试，机器能正常制冷，反复开机、连续运行一段时间，未再出现故障报警，且风扇转速比之前异常情况下更加缓慢平稳，确定故障完全排除。

3.3 故障处理

（1）定制圆弧形贴片式铂电阻温度传感器。损坏的温度传感器系德国进口器件，购货周期长且价格较高，为保证维修的及时性，采用非标定制传感器来进行替代。所测量位置为制冷系统的冷凝管温度，铂电阻贴片在金属管上。首先对金属管直径进行了测量，根据安装形式，定制了管径8 mm，宽度40 mm的弧形贴片pt100温度传感器。对原故障传感器进行拆除，将新购传感器在相同位置进行安装固定，外覆保温材料，最后将引出线接入控制板。

（2）调整风扇转速传感器安装金属片位置。参照理论计算的有效检测距离，并且考虑保证目标金属块与传感器之间的安全距离（约2 mm），将间距调整为2.5～3 mm。

故障处理后，对设备进行了各项功能的检验，设备各项功能正常。经过连续多次试运行，设备运行可靠，满足科研实验使用要求。

4 结论

通过对Lauda循环水浴器制冷故障现象的分析，依据故障排查的基本原则，对引起故障的原因大胆假设、细致推论、逐个排查。通过对线路及各个外围传感器的逐个排查，针对各传感器的特点采用相应仪器和方法进行检测，最终确定故障点为制冷部分的冷凝管上的温度传感器；通过查找资料及理论计算分析，结合实际测量和排查情况，确定了风扇转速传感器安装位置偏离这一故障点。本次故障情况虽复杂，但始终遵循先易后难、先看常见故障及经济性等原则，较好地完成了故障排查和功能恢复，及时地保障了科研生产的顺利进行。

［1］牛金生.电冰箱、空调器原理与维修［M］.北京：电子工业出版社，2002.

［2］向晓汉.西门子S7-200PLC完全精通教程［M］.北京：化学工业出版社，2012.