多功能机组操作手柄漏电问题处理

潘 杰，郭军平，王森泰

（陕西有色榆林新材料集团有限责任公司，陕西榆林 719000）

0 引言

某铝厂共有2 个电解系列，4 个生产车间，每个车间配置电解多功能机组6 台，累计24 台。该多功能天车是由沈阳冶金机械有限公司2010 年设计制造，多功能天车是电解生产的最重要的辅助设备，主要完成出铝、换极、打壳、捞渣、加料、抬母线等工作，多功能机组使用情况好坏直接关系到电解作业能否正常开展。该多功能机组由AB5000 系列PLC 集中控制，分为1 个主站、2 个从站。其中操作指令全部由驾驶室操作手柄发出，通过从站2 输入模块由PLC 系统控制，经主配电柜主站CPU 控制后再经各从站控制各大系统以及执行机构实现相应的功能。操作手柄是操作人员直接接触使用，因此操作手柄的安全可靠直接关系着操作人员的生命安全。

1 背景

多功能机组操作手柄采用德国格斯曼公司生产制造的操作装置，每台多功能机组配置2 个操作手柄，2 个装置由传动变阻器共产生4 组4～20 mA 模拟量控制信号控制大车、工具小车、出铝小车、驾驶旋转等变频器的速度，从而实现无级变速。另外，2 个操作手柄都设有通过弹簧按钮控制的220 V 开关量，操作人员通过操作由25 组开关量信号控制不同机构，如吊钩升降、空压机、液压站的启停、更换阳极、捞渣、下料等功能的完成。按钮开关量全部采用AC 220 V 电源，远超出人能够承受的安全电压，因而存在较大的人员触电的安全风险。

2 问题说明

电解生产组织是四班三倒模式，每个班都要完成电解槽的出铝、换阳极、抓料、下料等相关工作，以上工作全部要通过多功能机组来实现。操作人员需要用操作手柄精准的操作每个机构完成作业。手柄的按钮使用每班达2000 余次，1 个月使用次数达18 万次，使用半年以后操作装置开始出现漏电现象，漏电对地电压大于110 V，手触碰时有明显触电感觉。由于进口备件供应不及时，操作人员只能通过带手套、加装塑料袋等防护防止操作人员触电，严重影响机构控制精度，极易发生安全事故。

3 原因分析

经研究分析，操作手柄漏电主要原因有以下3 个方面：

（1）长时间的频繁操作使用，导致操作手柄内部按钮线头与手柄外壳搭接。每个按钮都是开点，有两个触脚接线，操作人员将按钮按下后，开关量接通，将电压信号送到PLC 输入模块，从而通过CPU 来实现各机构的控制，但在使用过程中因松动等原因会导致按钮旋转，这就使得按钮的两个触脚或是线头会与手柄外壳搭接。

（2）长时间的频繁操作使用，操作手柄装置按钮安装孔周边绝缘部分磨损导致绝缘破坏。操作手柄按钮安装边缘都有做绝缘处理，但经过长时间磨损，会导致绝缘层失效，金属层外漏，当按钮线头与操作手柄外壳搭接时，操作人员接触按钮外侧金属层时就会有触电的风险。

（3）操作人员汗渍影响装置绝缘，致使操作装置产生漏电现象。操作人员一直用手操作，电解车间温度较高，手中容易出汗，汗渍会经按钮缝隙进入手柄内部，从而引发漏电。

4 解决方案

4.1 方案一

（1）紧固按钮，并将操作手柄内部按钮线头毛刺处理干净。

（2）手柄按钮表面加刷绝缘漆，确保操作人员手不与金属接触。

（3）操作人员戴手套操作。

经过测试，此方案只是在发生漏电时，对操作人员的临时保护，避免操作人员触电。但是，操作手柄本身漏电问题依然存在，且因手柄按钮使用过于频繁，绝缘漆等短时间就会被破坏，操作人员仍然随时面临触电的风险，不能从根本上解决操作人员触电的危险。

4.2 方案二

操作手柄按钮信号通过编程输入以ID 命名，每个按钮所代表点接入PLC 从站2 的数字量输入模块，分别是从ID210-ID21F，ID220-ID22F，ID230-23F 等3 个16 位数字量输入模块，操作手柄按钮信号I/O 配置如图1 所示。而此3 个模块在PLC原设计选型上都是采用220 V 交流电供电，因此需要将其替换为24 V 输入模块，且在替换时对PLC 整个硬件组态不会产生其他影响，只需要在程序组态时替换模块即可。

图1 操作手柄按钮I/O 配置

PLC 装置的替换工作按照以下7 步进行：

（1）利用原PLC 电源模块中24 V 电压输出端子替换原220 V 交流电源，将L142 线头替换为P14E，N142 线头替换为G14E。

（2）从硬件组态中，将原PLC 从站2 机站上的DI31、DI33两个数字量输入模块1769-IQ12 AC 220 V 更换为两个1769-IQ16 DC 24 V 模块。

（3）将DI32 模块的第10、第11 点接至DI33 模块第11、12点位，因将12 位模块改为16 位模块，故将点位移动。

（4）操作手柄装置AC 220 V 电源进线改为G14E-0 V。

（5）第1769-IQ16 DC 24 V 模块公共线改为P14E-24 V。

（6）利用Studio 5000 编程软件更换原有程序硬件组态模块中，将1769-IQ12 模块替换为1769-IQ16，编辑映射表（不同工程师的编辑思路会有所不同），所谓映射表，即为外部输入信号在程序中利用虚拟地址代替，以便于程序的改动和调用。

（7）重新下载PLC 程序。将新改动的程序组态编译完成无误后，重新下载至CPU 中，使系统正常运行。

通过更换输入模块及电源线接线，移动原按钮数字量点位，使得操作手柄所有开关量按钮通过电压全部为24 V 安全电压，且按钮接线对外壳为0 V，彻底解决操作人员触电的风险，即使操作手柄按钮绝缘损坏或是操作人员手中出汗，都不会有触电的危险。

5 结语

在确保操作手柄原使用方式和使用功能不变的情况下，将原设计开关量电源AC 220 V 电源更换为DC 24 V 安全电压，进入操作装置的24 V 电压选择0 V 线，24 V 线设置在配电柜，将装置内原AC 220 V 电压降为0 V，即使装置绝缘破损，也不存在漏电、触电现象，从而彻底实现设备的本质安全。