其中EP电气柜主要功能是提供CP控制盘所在地及主要单元的24V工作电压。EP电气柜提供输入电压的设备还包括:数据控制器(DC)、MR-10总线的总线主机(BM)、耦合单元、状态计算机(SM)和编程计算机(RC)的网络、通过CP控制盘的计算机连接器的网络、CP插座里的主控单元等。
EA电气柜的主要功能是提供电力配电器(总线分配器)、SC控制盘、SC插座及各种驱动器主控单元的24V工作电压。EA电气柜提供输入电压的设备还包括:驱动器的高阶轴计算机(双通道控制升降台1和升降台2)、主控单元、SC控制盘的计算机、各种驱动器的SC插座的网络、轴控制器(BLE)、通过轴控制器单元连接器的网络等。
2 故障梳理
15年来,该系统总共出现故障320多起,基本上涵盖了操作层、控制层及执行层三个层级。其中出现故障频率较高的是轴控制器、变频器、保险、BTH板。故障比例如图3所示。
发生的电气故障按出现的频率可分为两大类:经常性故障和偶发性故障。其中经常性故障主要包括:轴控制器、变频器、保险、BTH板等;偶发性故障主要包括:载荷控制器、升降台块锁定装置、继电器、主控接触器、变频器风扇、数据总处理器(HUB)、编码器等。
3 故障案例
在电气系统中,保险的作用不用赘述,它作为电气系统的守护排头兵,必须守好第一关。戏剧场电气系统中的保险分为两类:供电路保险和信号路保险。由于外网电路输入不稳定或者系统开启时造成的瞬间电流过大,从而导致保险熔断是保险损坏的最主要原因。因此,要经常性地检查各类保险的使用情况,确保各类保险能起到即时熔断的作用,保护整个电气系统不受到电流冲击。
该系统采用一个轴控制器控制四个驱动器动作的控制模式。这种模式有利于节约成本,但是弊端就是损坏一台轴控制器会导致四个装置驱动器不能动作。
变频器出现故障的频率比较高。导致这些故障发生的原因可能是环境、电压、设备老化、使用过载等。戏剧场设备使用环境是处于国际一流水平的,常年恒温恒湿,所以环境不应是主要原因。而且国家大剧院对工作人员操作设备有严格的规范要求,使用过载也不应是主要原因。因此,变频器的故障原因主要在于设备老化等。
对变频器故障的故障点、种类、原因进行判断时,首先应根据控制面板的错误代号进行初步判断,然后观察变频器上的指示灯信号是否正常来排查故障点。变频器的故障处理可以尝试断电重启进行复位,以及重置使用参数等方法,如发现变频器元器件损坏则需要更换新的变频器。2020年曾出现过吊杆在按激活键以后设备运行之前缓慢向上或向下移动,最后通过吊杆变频器参数重置的方法消除了此现象。
接触器是电气系统中使用频率最高的电气元件,是配电柜、电控柜等重要的组成部分,是电气系统重要的电力控制部件。由于该系统老化,接触器出现的故障频率也在逐年攀升,主要表现为接触器吸合不紧、烧毁等。其中主要原因就是由于常年使用造成接触器的触头处形成积碳,从而导致吸合不紧。因此,在设备使用维护中应对接触器加强检查,及时更换有问题的接触器,以免对电气系统的供电造成影响。
在舞台机械电气控制系统中,继电器是其中必不可少的部件。继电器的种类很多,通常分为保护继电器和控制继电器两大类。该系统曾发生因继电器损毁致使转台不能转动的故障。该系统的电磁式继电器和时间继电器见图4。
继电器也是故障高发的部件,故障的发生和使用条件有着密切的关系。在使用过程中,在非必要情况下,应避免向继电器长时间通电,以免继电器线圈长时间处于高温状态导致线圈烧毁。另外,继电器触点接触不良也是引发故障的重要原因。由于继电器触点表面氧化腐蚀、附着灰尘异物等,或者设备使用中长时间震动都会导致继电器触点接触不良。
经过多年的使用,该系统还出现过载荷传感器失效、BTH电路板烧毁、温度传感器失灵、编码器定位不准等故障。这些故障均属于偶发性故障,也应加以关注。
总的来说,该系统是一套成熟、稳定的机械电气控制系统,是以欧洲国家多年的舞台表演使用经验为基础开发的系统,有很多方面值得借鉴学习。同时,随着舞台表演的多元化,也对舞台机械系统提出了更高的要求,对维护人员也有了更大的挑战。一套舞台机械系统的使用年限一般为10~15年,如何在这么长的时间里保障系统的安全稳定运行,是值得进一步研究和探讨的课题。