控制柜里的开关电源测起来是24.1V,远端阀岛端子只有22.6V,设备静止时还能工作,一旦多只电磁阀同时动作,PLC远程模块就开始掉线或者传感器信号异常。遇到这种情况,现场很容易直接把开关电源调到25V甚至更高,希望把远端电压“补回来”。这种处理有时确实会让设备暂时恢复,但如果真正原因是线路压降,调高电源只是把问题隐藏起来。距离电源最近的PLC、继电器和其他24V设备也会同时承受更高电压,而远端线路上的发热、端子接触不良和压降仍然存在。判断这类故障时,最重要的不是先问“电源该调到多少伏”,而是找出电压到底掉在了哪一段。
直流线路只要有电流,就一定会产生压降。导线本身存在电阻,线路越长、截面积越小、负载电流越大,压降越明显。很多设备最初只有几个传感器,一根较细的24V线拉到远端完全够用;后来不断增加电磁阀、扫码器、远程I/O和其他附件,原来的供电线路却没有同步调整。空载时电流很小,万用表测远端仍然接近24V,看不出异常;等到阀岛动作、继电器吸合或设备同时启动以后,电流突然增加,线路压降随之放大,远端电压才明显下降。因此,检查24V供电不能只在设备停止状态测一次,而应在故障最容易发生的真实动作阶段同时观察电源端和负载端电压。
这里还要特别注意,压降不仅发生在24V正极线上,0V返回线同样会产生压降。现场常常把所有问题都归到“正极线太细”,实际上多个负载共用一根较长的0V公共线时,所有返回电流都会集中通过这根导线和公共端子。负载动作以后,远端0V相对于控制柜0V就可能产生明显电位差。对于普通电磁阀,这可能表现为吸合变慢;对于PLC模拟量、通信设备和传感器,则可能进一步影响信号参考电位。因此,检查远端供电时不能只测24V线有没有问题,还应把正极和0V整条往返路径一起看。真正的供电回路是“电源正端—线路—负载—返回线路—电源负端”,其中任何一段电阻异常都会造成负载端电压下降。
端子和接插件往往比导线本身更容易形成局部压降。一根几米长的合格电缆可能只有很小电阻,但一个松动端子、压接不良的管形端头或氧化的插接件,就可能产生明显接触电阻。电流较小时几乎没有感觉,负载电流上来以后,这个位置开始发热,同时产生更多压降。现场如果发现某个端子附近塑料变色、接线鼻温度高,或者轻轻碰一下线电压就发生变化,应优先检查连接质量。比较有效的方法,是在设备带负载运行时分段测量各连接点之间的电压差,哪一小段出现明显异常压降,故障范围就能够迅速缩小。相比把整条线路全部拆掉重接,这种分段方法更容易找到真正的问题位置。
电磁阀和接触器线圈会让动态压降更加明显。阀岛平时只有控制模块耗电,多个线圈同时吸合以后,24V支路电流会快速增加。如果远端使用一根公共供电线带几十个输出点,线径和端子容量没有按最大同时动作数量考虑,就可能出现静态电压正常、动作瞬间电压下跌的情况。某些PLC远程I/O还会把模块电源和输出负载电源分开设置,目的之一就是避免执行器大电流直接影响通信和逻辑部分。设备改造时如果为了省线,把原本分开的两路24V重新并成一根长距离供电,系统抗压降能力就可能下降。遇到“阀一动作通信就掉”的故障,应同时记录阀动作数量、远端电压和远程模块状态,而不是只检查网线。
线径选择也不能只根据“平均电流”判断。设备大部分时间可能只有2A,但某个动作阶段会达到8A,如果线路设计只按平时2A考虑,动态压降就可能超出设备允许范围。尤其是长距离24V供电,电流虽然比交流动力回路小得多,但电压本身只有24V,掉1V、2V在比例上已经非常明显。某些传感器在较宽电压范围内仍能工作,PLC或阀岛也可能在22V时暂时正常,于是设备不会立即停机,而是表现为偶发通信报警、继电器吸合不牢或模拟量不稳定。这类故障最难查,因为每个元件单独测试似乎都没有损坏,真正问题是所有设备都在低电压边缘工作。
控制柜扩展以后还应检查配电结构有没有变化。原来24V电源通过一个配电模块分成四个独立支路,后来为了方便施工,在远端又不断“串接”新设备,结果第一段导线承担了所有后续负载电流。越靠近电源的公共段电流越大,压降也越集中。有些设备甚至采用一个远端端子继续跳线给第二台、第三台设备供电,最后最末端电压明显降低。比较合理的做法通常是按照负载位置和电流重新规划分支,让大电流设备拥有合适的独立供电路径,而不是把所有24V设备串成一条越来越长的供电链。是否需要增加远端电源、加粗干线或重新分区,应结合实际负载、设备允许电压和原电气设计确定。
测量方法本身也会影响判断。只拿万用表分别测电源端24.0V、远端22.8V,可以知道存在压降,却不知道具体掉在哪里。更有效的方法是在负载工作时直接测量同一根导线两端的电压差,例如电源正端到远端正端之间是多少,再测电源0V到远端0V之间是多少。如果正极侧掉了0.3V,0V返回侧掉了0.9V,那么主要问题显然在返回路径;如果某个端子前后就出现0.6V,则应优先检查该连接点。低压直流系统中这种“沿回路逐段测压降”的方法,往往比停机后单纯测导线通断更有价值,因为一个接触不良端子完全可能在万用表蜂鸣档下显示导通,却在数安培负载下产生明显压降和发热。
如果确实需要调整开关电源输出电压,也应该放在整个线路状态确认之后。有些工业24V设备和开关电源允许在一定范围内调节输出,适当补偿正常线路损耗并非完全不可行,但必须保证所有近端和远端设备的实际输入电压都处于允许范围,并结合制造商要求设置。不能因为最远端只有22V,就把电源随意提高到远超标称值。尤其是一套24V母线上同时连接PLC、传感器、继电器、通信模块和其他电子设备时,所有设备都受到这次调整影响。若线路压降已经达到几伏,更应该优先解决线径、线路长度、端子或支路分配问题,而不是继续抬高电源电压。
24V远端电压偏低,比较有效的排查顺序是先在实际负载动作时同时测电源端和设备端电压,再分别检查正极和0V返回路径的压降,随后沿端子、接插件和配电支路逐段定位,最后重新核对线径、线路长度和最大同时负载。开关电源端正常,只能证明电源本体输出基本正常,并不能证明负载真正收到了24V。涉及控制柜24V支路、远程I/O和电磁阀供电线路调整时,应在符合设备停送电要求的条件下进行,并以电源、PLC、阀岛及其他负载设备允许输入范围和原电气图纸为准,避免通过单纯提高电源输出电压掩盖线路压降和接触发热问题。