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(dòng)力驅(qū)動(dòng)由伺服電機(jī)提供。為了滿足測控天線的跟蹤性能,伺服電機(jī)在工作過程中需要高速運(yùn)轉(zhuǎn)并頻繁加減速,造成了伺服電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)發(fā)熱問題。如果任由伺服電機(jī)內(nèi)部熱量累積,則會導(dǎo)致伺服電機(jī)電樞部位過熱,影響伺服電機(jī)的工作性能,嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀伺服電機(jī)電樞,造成伺服電機(jī)不能正常工作,影響測控任務(wù)的執(zhí)行。因此,需要及時(shí)疏散伺服電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量,以降低伺服電機(jī)電樞部位工作溫度,保證伺服電機(jī)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(jī)散熱方式多采用風(fēng)機(jī)直吹的風(fēng)冷方式。所以,散熱風(fēng)機(jī)在測控天線運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)揮著不可或缺的作用。
由于測控天線運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的特殊要求,通常采用調(diào)速直流伺服電機(jī)進(jìn)行天線動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。某型測控天線的方位系統(tǒng)采用4臺電機(jī)驅(qū)動(dòng),其中1#、2#為一組,3#、4#為一組,每組通過行星減速機(jī)將電機(jī)動(dòng)力輸出到天線減速箱來驅(qū)動(dòng)天線方位系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)[1]。每臺伺服電機(jī)附帶一臺X型離心散熱風(fēng)機(jī),供電為交流380 V。為保證散熱風(fēng)機(jī)正常發(fā)揮工作效能,散熱風(fēng)機(jī)與天線伺服電機(jī)同時(shí)接入可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)。當(dāng)PLC確認(rèn)伺服電機(jī)加電正常后會控制散熱風(fēng)機(jī)加電,對伺服電機(jī)進(jìn)行風(fēng)冷降溫。因?yàn)镻LC的中央處理器(Central Processing Unit,CPU)的運(yùn)算處理速度非常快,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(dòng)作似乎是同時(shí)的,散熱風(fēng)機(jī)晚于伺服電機(jī)啟動(dòng)的時(shí)間里并不會大量累積伺服電機(jī)熱量。散熱風(fēng)機(jī)實(shí)際安裝位置如圖1所示。
圖1 散熱風(fēng)機(jī)實(shí)際安裝圖
測控天線散熱風(fēng)機(jī)的工作過程是基于PLC控制的反饋控制原理實(shí)現(xiàn)的。PLC內(nèi)部CPU程序通過對散熱風(fēng)機(jī)供電電路上繼電器輸入的狀態(tài)信號進(jìn)行計(jì)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(jī)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(shí),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(shí),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(diǎn)到達(dá)公共端,最終回到電源負(fù)極(或正極),實(shí)現(xiàn)閉環(huán)。此時(shí),PLC輸出接口電路將CPU送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成實(shí)際需要的強(qiáng)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(jī)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(jī)的PLC邏輯控制關(guān)系示例
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(jī)進(jìn)行工作性能狀態(tài)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn),該天線3#、4#伺服電機(jī)對應(yīng)的散熱風(fēng)機(jī)不能隨伺服電機(jī)的加電正常啟動(dòng),1#、2#散熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)正常且工作正常。散熱風(fēng)機(jī)的電路連接,如圖3所示。
圖3 散熱風(fēng)機(jī)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(jī)交流380 V供電問題,然后崗位人員對3#、4#散熱風(fēng)機(jī)工作性能進(jìn)行檢查。通過測量散熱風(fēng)機(jī)電樞阻值,測得3#散熱風(fēng)機(jī)電樞阻值為56.8 Ω,4#散熱風(fēng)機(jī)電樞阻值為57.1 Ω(散熱風(fēng)機(jī)電樞阻值正常值范圍為60 Ω), 說明3#、4#散熱風(fēng)機(jī)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(jī)加電時(shí),散熱風(fēng)機(jī)對應(yīng)的220 V交流接觸器(KM6)沒有吸合動(dòng)作,導(dǎo)致3#、4#散熱風(fēng)機(jī)供電電路為斷路狀態(tài)。3#、4#散熱風(fēng)機(jī)沒有電力供應(yīng),故不能正常啟動(dòng)。崗位人員用外力使KM6強(qiáng)制吸合后,3#、4#散熱風(fēng)機(jī)可正常啟動(dòng)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(jī)依舊不能隨伺服電機(jī)的加電而啟動(dòng)。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(jī)的啟動(dòng)過程進(jìn)行試驗(yàn)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(jī)加電時(shí),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(shí)間工作造成內(nèi)部程序錯(cuò)亂導(dǎo)致的[3]。因?yàn)閸徫徊痪邆鋵LC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(jī)的邏輯控制程序網(wǎng)絡(luò),如圖5所示。
圖5 散熱風(fēng)機(jī)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(jī)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(jī)工作的鏈路沒有實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋,PLC不能對控制散熱風(fēng)機(jī)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(jī)恢復(fù)正常啟動(dòng)。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
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(shí)現(xiàn)設(shè)備操控的智能化,伺服驅(qū)動(dòng)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(xiǎn)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(shí)或是電站供電異常時(shí)的設(shè)備安全[4]。
根據(jù)該型測控天線指標(biāo)設(shè)計(jì)要求,天線方位系統(tǒng)采用4臺伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在設(shè)備電路設(shè)計(jì)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(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn),這種設(shè)計(jì)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(diǎn)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(jī)電路連接圖并結(jié)合設(shè)備操作實(shí)際發(fā)現(xiàn),可以優(yōu)化散熱風(fēng)機(jī)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(jī)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(jī)的供電同時(shí)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(jī)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(diǎn)失效環(huán)節(jié)的同時(shí)降低設(shè)備安裝成本[5]。通過與設(shè)計(jì)人員的溝通,結(jié)合實(shí)際工作驗(yàn)證,散熱風(fēng)機(jī)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(shí)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(jī)電路連接
圖8 調(diào)整后的散熱風(fēng)機(jī)邏輯控制程序
通過對測控天線散熱風(fēng)機(jī)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(jì)可以優(yōu)化的空間,并進(jìn)行了實(shí)際改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)證明,散熱風(fēng)機(jī)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(shí)際操控與保護(hù),具有可行性。