控制层子站箱负载馈电器及其信号通讯方式改造

设备控制层实现设备的生产运行控制、生产现场以及设备相关的信息采集功能。设备按生产工艺分区、关键设备物理分布位置设置控制分段、设备状态采集分区和视频监控点。各控制段通过DeviceNet和FF-H1向下可连接数据采集单元、区域总线模块和组件、智能仪表、智能控制器等。

1.故障现象

分布式控制箱由DeviceNet通讯网卡、电源分配模块、控制量输入/输出模块、负载馈电器及通讯底板组成。

设备运行时，操作站及负载馈电器经常出现报警指示，并且部分设备停不下机，经检查是接触器的主触点烧蚀和粘连而损坏，损坏后只能整体更换。

设备运行时经常出现自某台设备及其后续设备自行停机故障或设备不能启动故障，经检查为负载馈电器底板因内部电子器件损坏，导致控制故障，更换底板耗时费力。

有时因负载馈电器及底板的损坏，造成电源分配模块及信号模块损坏。

故障总是在生产线联机生产时发生，故障一旦出现必定引起停机，在生产上带来产量和质量上的损失。

2.故障原因分析

（1）由于TURCK公司的BL20系列负载馈电器采用的是空气开关、接触器、信号通讯及控制模块集合在一起的模块化结构，其体积大小限制了空气开关、接触器的电流载流量。在控制3KW及以上电动机时，加之电动机的频繁起停控制，接触器的主触点极易烧蚀和粘连。而一旦粘连，所伺控的设备就停不下机，因接触器的辅助触点也断不开就造成连锁信号错误，其后续的部分设备也就停不下机，从而导致堵料停机。负载馈电器发生损坏后只能整体更换，且更换频繁。

（2）TURCK公司的BL20系列负载馈电器的底座通过背板总线、DeviceNET网关接收上级系统控制信号并反馈器件的状态，实现电机控制。其底座控制板上有一个单独的电源,是通过24伏I/O电源转换为5伏电源,为接触器辅助触点信号的光电耦合器供电。

MC33063通过其内部的振荡电路、电位比较电路、与非门和RS触发器、开关三极管等组成一个振荡电路，把24伏I/O直流电经过限流电阻转换为脉冲式直流电，再经过开关变压器和整流二极管变为5伏左右的直流电，供给接触器辅助触点信号的光电耦合器。MC33063损坏后，24伏直流电不能转换为脉冲直流电，造成红圈处电阻烧坏。

经研究发现，原因是电路器件在设计上存在不足（如电子器件载流量不足、温升高、散热环境不良等），长时间运行很容易使底座中的I/O电源转换电路损坏，使负载馈电器中的空气开关通断状态触点或接触器的辅助触点不能正常反馈状态。具体表现为：1）正在运行中的负载馈电器，其底板电路发生损坏，虽然接触器还能吸合，但负载馈电器有故障报警，若遇设备停止又再次需要启动，则该负载馈电器伺控的设备以及后续的设备将无法启动。2）设备联机自动运行，经常出现自某台设备及其后续设备自行停止。结合PLC控制程序分析，原因是负载馈电器底板电子器件工作不稳定造成负载馈电器的空气开关、接触器状态通讯异常，信号反馈出现闪断现象所致。这些故障频繁发生，需更换负载馈电器底座后故障才能消除。

（3）总线电源分配模块，为I/O模块、负载馈电器底板提供工作电源，由于负载馈电器底板电子器件烧毁及电源总线短路等原因，常造成总线电源分配模块损坏。

总而言之，TURCK公司的BL20系列负载馈电器及其底板通讯方式因其可靠性差、故障率高，不适于底层设备控制需要，并且厂家备件已停产。需要寻找信号通讯方式合理、性能稳定可靠的负载馈电器产品进行更新，以满足制丝线自动化控制需要。

3.改造措施

（1）负载馈电器的空气开关、接触器状态经底板进行转换通讯，存在诸多缺陷，经产品信息检索及性能比较，选择了SIEMENS公司的3RA11、3RA12系列电机启动单元。其接触器具有适于功率范围广、触点耐流量大，不易粘连等优点，而其空气开关、接触器的通断状态不经底板转换通讯，而是经连接线直接送入I/O输入模块，以避开底板通讯这一薄弱环节，从而减少故障发生。

（2）硬件选择好后，由于3RA系列电机启动单元空气开关、接触器的通断状态不经底板转换通讯，而是经连接线直接送入I/O输入模块，所以在实际使用时应考虑子站箱I/O输入、输出模块的点数，如果不够用，则需另外增加模块以满足需要。器件安装、连接完毕后还需从软件程序上做些修改。

若增加了I/O模块，先对模块进行组态和编址，然后将PLC程序中原BL20系列负载馈电器的空气开关、接触器状态反馈点地址，与新加3RA系列电机启动单元空气开关、接触器的通断状态反馈点对应，并将反馈点地址更改为新加模块相应地址，修改完毕，调试试车。

4.效果检验与评析

TURCK公司的BL20系列负载馈电器及其通讯方式从过程控制信息化、智能化方面来说是一个不错的设计思路，但从器件使用寿命和可靠性方面，在实际应用中却存在着诸多故障隐患。对于联机自动化控制，负载馈电器必须要求能够承受负载的频繁启动、其状态信息反馈必须可靠无误、器件的使用寿命要长。

实际生产证明：通过采用3RA系列电机启动单元及其工作状态通讯方式的改造，大大提高了器件使用寿命、提高了器件工作状态反馈的可靠性。控制系统工作可靠，运行状态良好，故障率低，不仅提高了设备的有效作业率，而且节约了大量备品备件费用和维修成本。改造后的控制层子站箱负载馈电器及其信号通讯。　[科]