简述一种防止恶劣条件下控制回路失控的方法

刘强 赵以军

摘 要 随着电气自动化技术的日益成熟和不断地推广，已经被广泛地应用到化工、矿井、纺织、石油等各个场景。自动化技术的应用使得控制系统更智能、更便捷。不但能够达到节能降耗的要求，而且能有效降低人工操作频次。自动化技术的完美表现需要使用到大量的节点信号，不但包括开关量输入输出信号，而且包括模拟量输入输出信号。本文主要论述一种开关量信号在恶劣工况条件下经常失控的解决方法。

关键词 开关量;继电器;光电耦合器;自动化;可靠性

为了实现自动化技术的应用，电气控制回路必须使用大量的干节点和继电器完成某种控制信号的传输，同时需要和PLC系统及DCS系统进行有效的联结以完成更加智能、更加便捷的控制系统。而且作为节能降耗体系中的核心部件——变频器也需要用到这些干节点信号的输入及输出。开关量信号的可靠性在很大程度上决定了整个控制系统的稳定性。而这些开关量信号的传递大多要用到继电器。

以某公司为例，一套带有变频器设备的自动控制回路，需要用到4个继电器，分别用于传递DCS停止信号、变频器故障停止信号、电机运行停止反馈信号以及电机启动信号。其中DCS停止信号继电器位于DCS机柜间，由DO卡件控制继电器动作;变频器故障停止信号继电器位于电气配电室，当变频器出现故障后能迅速使系统中一次回路主接触器释放，进而起到保护自控系统的作用;电机运行停止反馈信号继电器位于电气配电室，继电器触点线路接入DCS系统DI卡件上，用于操盘人员观察电机启停状态;电机启动信号继电器也位于电气配电室，作用是操作人员能够在现场启动电机。

该自控系统近几年经常出现系统无故跳车以及系统运行信号不显示等现象。经查，主要原因是由于生产设备缺陷和工艺条件因素，在加之配电室密封存在为题，配电室内常年充斥着悬浮固体颗粒物，这些物质时常附着在电气元件上，甚至进入到继电器内部，造成继电器触点接触不良而导致信号突然断开。虽然在原设计上已经采用了防尘型继电器，但依旧存在这类问题。为了解决这些问题，该公司决定采用光电耦合器进行改造。

光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电-光-电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离[1]。而且光电耦合器密封新能良好，不存在接触式触点，可靠性更高。

如图所示，原设计上KA、KA1和KA2只有三个继电器，系统正常运行时，KA继电器線圈得电，常开触点吸合，系统得到启动信号，电机开始运转;KA1继电器使用了常闭触点，正常运行时继电器线圈不得电。当变频器发生故障时，KA1继电器线圈得电，常闭触点被断开，系统停止运行;KA2继电器分别使用了一对常开触点和一对常闭触点，分别对应DCS系统运行和停止反馈信号。但由于继电器触点沾有粉尘，原本导电性能优良的触点此时电阻增大，电流减小。当电流减小到某一特定值时，会导致该继电器所在的控制回路失效，而出现各种系统故障。再者，由于该公司共有十几个配电室，而且设备常年带电，无法有效的清扫积尘，对于已经进入到继电器等电器元件内部的积尘根本没有可行的清扫方法，故障频发期，几乎每个月都会出现因继电器触点接触不良而导致的系统故障，因此，对这些故障点的改造势在必行。

1改造方案

该公司使用了三块Weidmuller 生产的型号为D-32758光电耦合器与原来的继电器并联。该光电耦合器输入电源为220VAC，可以直接与原继电器线圈并联。输出端接高电平直流电源，也可以与原继电器触点的导线连接形成并连带电路。在该改造方案中并没有将原有的继电器拆除，而是选择了并联的方式，是为了更大程度的确保可靠性。也就是说二者通过并联使用后构成了逻辑电路中的与门，其特点是只有二者都出现问题才会导致控制系统出现故障。假设继电器的故障率为0.1%，光电耦合器的故障率为0.05%，那么二者同时出现故障的概率只有0.1%×0.05%=0.005%。此时控制系统出现故障的概率将减小到改造之前的十分之一到二十分之一。而处于DCS系统机柜间内的DCS停车信号继电器工作环境要优于电气配电室，而且使用了常闭触点，继电器线圈不需要常保持带电状态，只有当DCS系统发出停车指令后，该继电器线圈得电，常闭触点断开后方可执行停车过程，因此在该方案中没有使用光电耦合器。

2结束语

通过采用本文中的改造方案，确实能够提高自控系统的稳定行，经一年多的运行情况来看，再没有出现过因继电器触点接触不良而导致的系统跳车，也没有出现过因继电器触点接触不良而导致DCS系统电机运行信号不显示的情况。

参考文献

[1] 韩正涛，陈洪征.液晶电视、显示器用光电耦合器测试要求解析[J].电视技术，2013（12）：93-95.