等电位应用案例简述

刘树春 骆辉 栾春梅 韩庆生

摘要：本文通过详细阐述一起非等电位系统引发的设备故障过程及故障详细解决过程，阐述等电位系统在电控系统中的重要性。

Abstract： This paper expounds the importance of equipotential systems in electronic control systems by expounding in detail the equipment failure process and detailed fault resolution process caused by non-equal potential systems.

關键词：等电位;比例阀;模拟量模块

Key words： equipotential;proportional valve;analog module

中图分类号：TF46                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）29-0228-02

0  引言

等电位即等电势。在一个带电线路中如果选定两个测试点，测得它们之间没有电压即没有电势差，则我们就认定这两个测试点是等电势的，它们之间也是没有阻值的。

鉴于公司采用的控制系统基本为西门子产品，因此本文将基于西门子S7-300系统，通过详细描述仪器液压比例阀故障案例，阐明等电位在控制系统中的重要作用。

1  液压比例系统

公司淬火炉步进梁升级与平移分别采用双油缸驱动，其中步进梁升降采用先导比例节流阀驱动，电磁阀作为比例节流阀的开关阀;步进梁平移采用普通液控比例阀进行驱动，电磁阀作为比例节流阀的开关阀。

液控系统采用西门子S7-315进行驱动，其模拟量模块供电系统如图1所示。

图1可以明显反应出比例液压系统由两个力士乐比例阀与一个模拟量输出模块构成，供电电源由一个DC24V供电模块统一供电，且采用共地模式进行连线。

2  故障排除及诊断处理

自投产以来，该液压系统一直工作正常，随着设备运行老化，最近设备频繁出现问题，具备表现：

①步进梁无法实现自动，且步进梁手动操作时，步进梁只能缓慢爬行上升，且动作过程中有液压冲击现象。

②步进梁手动操作步进梁，平移彻底无法动作且无冲击现象。

③更换升降比例阀，步进梁升降偶尔工作正常。

④万用表测量升降比例阀给定，给定电流信号正常，且比例阀工作电源电压也完全正常。

⑤机械人员检查液压回路，均未发现液压异常。

⑥将故障液压阀更换到其他设备液压回路，比例液压阀工作正常。

面对这种故障现象，设备维护人员一时走入死胡同，无法找到解决问题的方案。基于⑥实现现象，设备维护人员初步将故障定位到控制系统。

分析图2比例阀供电回路，得知比例阀两线制电流控制（4-20mA），且供电电源与给定信号在比例阀放大板内部构成共地回路，即放大板内部构成等电位。

西门子模拟量模块工作原理图反应出，模拟量输出模块工作正常需满足：负责电阻小于500Ω、DC24V供电电压正常、MANA与M连通，从而实现模拟量模块与比例阀供电回路构成等电位回路。（如图3所示）

通过图2与图3分析，并结合前期故障诊断，基本断定该液压比例控制回路为一个等电位系统，因此只要比例阀给定准确，液压比例阀将正确输出并驱动油缸，然而即使比例阀给定12mA，比例阀依旧无法动作。

比例阀给定正确但无法动作的事实让我们初步判断该12mA是否是一个假电流，即比例阀内部电源地与供电回路的电源地不构成等电位。

基于这种假设，设备维护人员手动将平移比例阀给定插头拔下，手动动作步进梁升降，步进梁升降油缸动作比例流量阀工作正常输出，步进梁升降正常，但是只要将插头插上就工作不正常。通过该现象初步判定平移比例阀（图1比例阀2）I3与大地短接，从而导致比例阀工作地与电流信号给定地不是一个等电位系统，因此虽然给定12mA，但是比例阀无法正常工作。现场检查发现平移比例阀I3确实存在接地现象，随后通过更换比例阀1的信号电缆，该起设备故障得到彻底解决。

3  结束语

本文详细介绍了一起非等电位故障排除过程，该故障排告诉我们：非等电位系统极容易产生貌似正确的误信号，导致设备误动作或者不动作，轻则耽误现场生产，重则导致设备误动作，引发重大人身安全隐患。为了更好的为现场生产服务，设备设计时务必做到等电位，平常点检维护过程要随时跟踪设备等电位工作状态，确保系统等电位。与此同时，设备维护过程中设备维护人员要合理利用等电位思想去排查现场设备故障。

参考文献：

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