·復卷機·

復卷機直流傳動電氣控制系統(tǒng)的

故障分析和解決辦法

李天利

(陜西科技大學, 陜西西安， 710021)

摘要：針對由可編程序控制器、直流裝置、通信總線組成的復卷機電氣控制系統(tǒng),從控制系統(tǒng)的原理出發(fā)分析了每個部分常見故障的現(xiàn)象、可能原因以及排除故障的方法。實踐表明，只要有效掌握各種電氣故障的現(xiàn)象、原因和排除方法，就能快速有效地排除故障，使復卷機恢復正常生產(chǎn)。

關鍵詞：復卷機；故障分析；解決辦法

作者簡介：李天利先生，副教授；主要研究方向：電力電子技術及其應用。

中圖分類號：TS755.9

文獻標識碼：A

文章編號：0254- 508X(2015)06- 0041- 04

收稿日期：2015- 02- 12(修改稿)

Abstract：Aiming at the rewinder electric control system consisting of programmable logic controller, DC device and communication bus, the common faults of each section, the possible causes and their troubleshooting methods were analyzed based on the principle of electric control system. It was proved that as long as the various common faults and their possible causes were effective by mastered, the faulted rewinder could be quickly repaired and recovered its normal operation.

The Fault Analysis and Its Solution of Control System of the Rewinder Driving by Direct Current

LI Tian-li

(ShaanxiUniversityofScience&Technology,Xi′an,ShaanxiProvince, 710021)

(E-mail: litianli@sust.edu.cn)

Key words：rewinder; fault analysis; solution

國產(chǎn)復卷機的電氣控制大多由PLC(可編程序控制器)、直流裝置、通信總線組成。這些設備出現(xiàn)故障時,都會造成復卷機故障而影響正常生產(chǎn)。但是這些設備故障的現(xiàn)象表現(xiàn)不一、原因復雜多樣,情況不盡相同,因此解決的方法應從實際出發(fā),具體問題具體分析。

1PLC故障分析和解決辦法

1.1輸出不工作

當被控制的設備發(fā)生了故障(如電磁閥損壞等)、接線錯誤或松動、輸出過載等都可能使PLC的輸出不能正常工作，如當抱閘電機出現(xiàn)異?；驌p壞,雖然PLC正常但也不能正常抱閘。這類故障可分段排除：先檢查PLC的輸出是否符合要求、再查對應的控制設備是否正常。

1.2系統(tǒng)故障指示燈亮

當PLC受到干擾、用戶程序錯誤或PLC本身的元件損壞都可能使PLC的系統(tǒng)故障指示燈發(fā)亮。若屬于用戶程序錯誤和PLC本身的元件損壞可依據(jù)PLC的故障代碼排除,但干擾是常見的也是較為麻煩的一個問題，現(xiàn)對其進行分析，以供參考。

1.3干擾現(xiàn)象和解決辦法

1.3.1干擾導致的問題

干擾會影響PLC,導致PLC系統(tǒng)故障、數(shù)據(jù)采集或運算出現(xiàn)錯誤，使送給傳動點的控制值出現(xiàn)誤差,所以可能出現(xiàn)：①PLC故障指示燈亮；②個別傳動停機；③速度不穩(wěn)。

1.3.2干擾可能的原因

干擾大多來自以下3個方面：①電磁干擾，由復卷機附近的電力設備、雷電、無線電視廣播、雷達等產(chǎn)生，它們對PLC內部產(chǎn)生的輻射造成干擾；②PLC輸入輸出電纜產(chǎn)生的干擾，這種干擾會引起PLC輸入輸出接口工作異常導致動作,嚴重時引起PLC內部元件損傷；③系統(tǒng)布線、接地不規(guī)范的干擾，復卷機控制系統(tǒng)的屏蔽接地、交流接地和保護接地等混亂，或電力電纜、控制電纜、信號電纜交叉布線時會對系統(tǒng)產(chǎn)生較大的干擾,引起環(huán)流,從而影響系統(tǒng)的正常工作。

1.3.3干擾解決的方法

針對可能產(chǎn)生干擾的原因，可采取以下措施解決：①復卷機電機電纜、控制電纜、模擬量信號電纜、數(shù)字信號電纜等要各自獨立橋架布線,并且要盡量縮短布線距離，以減小連線的分布電容和對地的雜散電容的充放電對設備造成傷害；②PLC柜應有獨立的接地線,接地電阻小于l Ω；③控制柜的強弱電要隔離；④在電源和PLC之間的電源線上采用隔離變壓器以減少來自電源的傳導干擾,這樣可以將大部分的傳導干擾隔離在隔離變壓器之前；⑤對快速信號要配置輸入濾波器。

2直流裝置常見故障和解決辦法

2.1參數(shù)設置類故障

ABB、西門子和歐陸等公司的直流裝置產(chǎn)品是復卷機中常采用的,這些調速器原理基本相同,下面以ABB的DCS550為例加以說明,其余裝置方法類似。DCS550出廠時,廠家對每一個參數(shù)都有一個默認值,這種情況下,裝置能以面板操作方式運行,在修改裝置參數(shù)時應從以下幾個方面考慮：

(1)確認啟動數(shù)據(jù)。在99組參數(shù)中設定電機的額定直流電壓、直流電流、額定轉速等,這些參數(shù)可以從電機銘牌中直接得到。

(2)啟動方式。在10組參數(shù)中選擇面板、外部端子、通信方式等幾種,用戶可以根據(jù)實際情況選擇。

(3)速度給定方式。在11組參數(shù)中選擇面板給定、外部給定、通信給定。

正確設置以上基本參數(shù)后,DCS550可以正常運行,如要獲得更好的控制效果則要根據(jù)實際情況修改相關參數(shù)。

如果發(fā)生了參數(shù)設置類故障后,DCS550就不能正常運行,這時最好是能夠把所有參數(shù)恢復到出廠值,然后按上述步驟參照DCS550使用說明重新設置。

2.2過壓類故障

直流裝置都有一個正常的工作電壓范圍,當電壓超過這個范圍時很可能損壞,常見的過電壓有兩類：

(1)輸入交流電源過壓。輸入交流電源的電壓超過正常變化范圍,對DSC550來講若實際電壓大于正常電壓的1.3倍且超過10 s會造成裝置過壓故障。這種情況大多發(fā)生在節(jié)假日時線路負載較輕,電壓升高或者線路出現(xiàn)故障。解決方法是斷開直流裝置的電源,對線路進行檢查,找出故障原因并修復后重新運行。

(2)電機電樞過電壓。這種情況有以下幾種可能：①復卷機的退紙輥直流裝置正常工作時處于制動發(fā)電狀態(tài),當故障停機時由于慣性大容易造成過電壓，這是電動機的實際轉速比同步轉速高,使電動機處于發(fā)電狀態(tài)引起的，解決這類故障的方法是：直流復卷機裝置要采用四象限同時延長變頻器直流裝置的加減速時間；②電動機的勵磁電流過高，解決方法是檢查電動機勵磁,尤其是在弱磁階段要格外注意；③速度反饋開環(huán)，沒有實際速度的比較會使速度控制失控電樞電壓過壓，解決方法是檢查編碼器。

2.3其他故障

(1)負載過重。所選電機不能拖動該負載,也可能是由于機械原因引起。如屬前者則必須更換大功率的電機和直流裝置,如屬后者則要對生產(chǎn)機械進行檢修。

(2)過流故障?？赡苁侵绷餮b置的輸出短路所引起。這時要對線路進行檢查,如果斷開負載直流裝置后還是過流故障,說明直流裝置電路已損壞,需要更換直流裝置。

(3)欠壓故障。說明電源輸入電路有問題,可能是線路嚴重超載,或者是線路接觸不良所引起的。

(4)直流裝置自身發(fā)生故障,受高溫、潮濕等惡劣環(huán)境影響引起絕緣降低或擊穿的突發(fā)現(xiàn)象；直流裝置自身元器件老化等導致復卷機車速不穩(wěn)[1]。

需要說明的是,一旦發(fā)現(xiàn)直流裝置已損壞(可以通過測量輸入及輸出端有無短路),則要有專門的技術人員來維修,一般技術人員不要私自拆卸直流裝置,不得再次通電,以免擴大故障范圍。

2.4直流裝置的日常維護

直流裝置是以半導體器件為中心構成的電力電子設備,溫度、濕度、塵埃、振動等都將影響到產(chǎn)品的老化及壽命。為了防止因此而造成的事故,必須進行日常維護及定期檢查。

2.4.1維護檢查時應注意的事項

(1)操作者必須明確電源是在接通或斷開的狀態(tài),嚴防觸電。

(2)電源切斷后的一段時間內,電容器上仍保持有所充電的高電壓,檢查時必須等到電路板上的充電指示燈熄滅后,并測量電壓降到15V(DC)以下時才可進行。

(3)操作者必須事先仔細閱讀直流裝置使用手冊,了解裝置結構,牢記注意事項。

2.4.2日常檢查

(1)裝置內有無元器件過熱、變色及異常氣味。

(2)裝置內有無異常聲響。

(3)裝置顯示數(shù)值有無異常變化。

(4)裝置內塵埃應及時清除。

(5)裝置的冷卻風扇是否正常運轉。

2.4.3定期檢查

(1)清除柜內及過濾器上的塵埃。

(2)檢查緊固件是否有松動。

(3)檢查接觸器、繼電器觸電接觸是否良好。

3通信故障和解決辦法

(1)終端電阻故障,即電阻燒毀或者阻值改變無法匹配。終端電阻是為了消除在通信電纜中的信號反射而設置的。在通信過程中，有兩種情況導致信號反射：阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配。阻抗不連續(xù)是信號在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒有,信號在這個地方就會引起反射。消除的方法是在電纜的末端跨接一個與電纜的特性阻抗大小相近的終端電阻,使電纜的阻抗連續(xù)。若終端電阻與現(xiàn)有電纜阻抗不匹配也會造成信號反射,導致傳輸信號混亂,消除的方法也是在電纜的末端跨接一個與電纜的特性阻抗大小相近的終端電阻[2]。

(2)通信電纜與其他電力電纜或控制電纜等混合敷設造成干擾影響通信網(wǎng)絡正常工作,可參照1.3。

(3)通信參數(shù)的設置錯誤。包括通信速率、站號、通信方式等參數(shù)要設置正確,否則會引起全部設備或部分設備或個別設備通信故障。

4控制方面的問題及解決辦法

4.1紙幅張力不穩(wěn)

紙幅張力在復卷機復卷過程中變化較大,如果張力沒有被控制好造成不穩(wěn),張力過高會使成品紙卷的殘余應力過大,造成爆卷或斷紙,張力過低會造成成品紙卷打皺[3]。

張力控制一般有3種方法：直接張力控制、間接張力控制和復合張力控制。直接張力控制是利用張力傳感器檢測出紙幅實際張力與給定張力去比較進行控制,這種方法控制簡單而且靈敏度高,但也有信號滯后、易受干擾和價格昂貴等缺點；間接張力控制是通過確定恒張力過程中的各種變量的聯(lián)系進行控制,這種方法達不到直接張力控制的精度但可以克服直接張力控制的缺點；復合張力控制綜合了直接張力和間接張力控制的優(yōu)點：張力傳感器的監(jiān)測對系統(tǒng)進行張力調節(jié),擾動量如轉動慣量等因素由間接張力去補償,在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的情況下提高控制精度。用戶可根據(jù)自己的要求選擇對應的方法。張力控制的具體實現(xiàn)已有較多的文獻對其進行了詳細描述,這里就不再贅述。

4.2斷紙

從電氣控制角度看造成斷紙的原因一般有：①張力不穩(wěn)，這問題4.1已描述；②加減速過程沒有控制好，復卷機的加減速較為頻繁,可采用五段S曲線或三段S曲線再結合退紙輥傳動電機的電流、轉速、張力三閉環(huán)控制,速度調節(jié)器處于飽和狀態(tài),張力調節(jié)器輸出與速度環(huán)輸出進行大小值比較后,選取其中之一作為電流給定值,退紙輥的控制并不刻意去控制它的轉速,只要張力滿足即可[4]。

5電機故障及解決辦法[5]

5.1電機不轉

(1)檢查電源是否正常。

(2)檢查直流裝置是否有故障報警,若有按照說明排除故障。

(3)電機本身故障,如電機故障，維修或更換電機。

(4)直流裝置故障,可參照本文中的第2部分解決。

5.2電機過熱

(1)負荷過重，檢查機械設備有無故障。

(2)直流裝置故障，可參照本文中的第2部分解決。

(3)電機故障，如電機故障，維修或更換電機。

5.3電機運行不平穩(wěn)

(1)機械設備故障,斷開與機械設備之間的聯(lián)軸器,啟動電機,若電機正常運轉則是來自機械設備的干擾。

(2)直流裝置故障,可參照本文中的第2部分解決。

(3)電機編碼器故障,應檢查編碼器的聯(lián)接器,若聯(lián)接器正常則應該是編碼器本身損壞。

5.4電機維護

(1) 察看電機有無異常聲響。

(2)察看電機有無異常振動。

(3)察看電機有無異常氣味。

(4)察看電機有無異常溫度升高。

6應用案例

6.1通信干擾問題及解決辦法

(1)設備情況：江蘇某廠幅寬2400 mm, 車速600 m/min下引紙復卷機改造。改造后直流裝置采用的是：前后底輥西門子6RA7075-6DV62(210A)、退紙輥6RA7081-6DV62(400A)、圓刀ACS550-01-015A-4(7.5 kW),CPU采用西門子的CPU313C-2DP,通信采用PROFIBUS-DP。

(2)故障現(xiàn)象：系統(tǒng)改造完成后,通信不正常,3臺直流裝置與CPU正常交換數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，時而中斷。

(3)原因分析：經(jīng)檢查PROFIBUS-DP網(wǎng)絡組態(tài)、硬件等都符合要求，發(fā)現(xiàn)是廠家將保護接地與電源中性點地接在一起引起干擾。

(4)解決辦法：將保護接地單獨按照規(guī)范要求獨立接地,故障排除。

(5)結論：規(guī)范接地是抑制干擾的措施之一,只有良好的接地才能減少電磁干擾對控制系統(tǒng)的影響。

6.2電機問題及解決辦法

(1)設備情況：山東某廠幅寬3150 mm,車速1200 m/min下引紙復卷機,直流裝置采用的是：前后底輥ABBDCS550-S02-0200(200A)、退紙輥DCS550-S02-0350(350A)、導紙輥DCS550-S02-0050(50A)、圓刀ACS550-01-015A-4(7.5 kW)、壓紙輥ACS800-04-0030-3(22 kW),CPU采用西門子的CPU313C-2DP,通信采用PROFIBUS-DP。

(2)故障現(xiàn)象：系統(tǒng)在試運行過程中,壓紙輥電機(22 kW)工作二十多個小時后燒毀。

(3)原因分析：經(jīng)檢查電網(wǎng)電壓正常,發(fā)現(xiàn)是電機線圈絕緣擊穿造成相間短路,導致電機燒毀。初步懷疑是電機質量問題,隨后更換了一臺同型號電機后,又出現(xiàn)了相同的故障。檢查電機對應設備發(fā)現(xiàn)變頻器控制柜到電機的橋架距離約60 m,但在敷設電纜時安裝公司將最后剩余的約95 m電纜全部用上,分析原因可能是電纜長度的增加導致電纜對地雜散電容增加,這就出現(xiàn)一個充電效應,導致電機端電壓升高,從而燒毀電機。

(4)解決辦法：將多余的電纜去掉后,電機運行正常,故障排除。

(5)結論：連線的分布電容和對地的雜散電容的充放電會對設備造成傷害,復卷機控制系統(tǒng)中應盡量避免此類問題出現(xiàn)。

7結語

復卷機電氣傳動控制系統(tǒng)的性能是決定一臺復卷機能否高效、高質量進行生產(chǎn)的前提,為保證其連續(xù)高效率、高質量進行生產(chǎn),傳動系統(tǒng)的維護尤為重要。以上分析了復卷機傳動系統(tǒng)維護中的幾類常見故障,并給出了分析及解決辦法,有利于快速修復故障設備恢復復卷機的正常運行。但是機械、電氣是緊密相連的,大多故障現(xiàn)象可以利用以上的方法直接判斷并修復,而有些故障很難確認故障源在電氣方面還是在機械方面或工藝方面,這就要求電氣維修人員不但要熟悉電氣系統(tǒng)也要具備機械和工藝知識,才能對遇到的問題綜合分析,反復試驗,從而找到解決問題的最佳途徑。

參考文獻

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[5]Meng Yan-jing. The Frequency drive Principle and Design of Paper Machine[M]. Xi′an Shaanxi People’s Publishing Gouse, 2002.

(責任編輯：董鳳霞)

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