江智軒，胡輝

昌河飛機工業(yè)（集團）有限責任公司 江西景德鎮(zhèn) 333002

1 序言

近年來，隨著熱處理設備自動化程度越來越高，電氣系統(tǒng)也越發(fā)復雜，在運行過程中電磁環(huán)境和電磁干擾問題也日漸突顯[1]，因此熱處理設備電氣系統(tǒng)的抗干擾能力是關系到整個系統(tǒng)可靠運行的關鍵。

2 故障現(xiàn)象

一臺立式真空油淬爐在移動零件油淬時，執(zhí)行零件上升/下降的機構會偶發(fā)出現(xiàn)運行緩慢或無動作的情況，電氣柜內(nèi)控制升降機構電動機抱閘的接觸器偶發(fā)出現(xiàn)頻繁吸合跳閘現(xiàn)象、控制升降電動機的變頻器出現(xiàn)報警、設備總控西門子S7-300 PLC中CPU的BF 指示燈亮紅燈，顯示總線通信報警。零件升降機構如圖1、圖2所示，由電動機帶動減速機進行零件升降料臺上下運動。

圖1 零件升降料臺

圖2 升降電動機

3 故障分析與處理

該設備自動化程度較高，所有的邏輯電氣動作都是以西門子S7-300 PLC為核心進行控制。零件升降料臺正常的運行步驟為當操作人員在操作面板上按下上升/下降按鈕后，升降電動機抱閘松開，由變頻器起動電動機正反轉(zhuǎn)，通過減速機執(zhí)行升降機構的上下運動，如圖3、圖4所示。

圖3 S7-300PLC

圖4 升降電動機控制變頻器

由于這種故障現(xiàn)象是偶發(fā)出現(xiàn)的，且升降機構上下運行時無異常聲音，故首先可以排除升降機構機械部分存在問題的可能性，而在電氣方面可能存在的故障原因有以下幾點。

1）針對控制抱閘的接觸器頻繁吸合斷開現(xiàn)象，可能是由于接觸器內(nèi)部觸點接觸不良或控制線圈信號異常導致的，從而造成運行時電動機反復處于抱閘狀態(tài)，使運行異常。

2）針對S7-300PLC的 BF報警，可能是由于通信電纜與連接器件、接口模塊等硬件故障或與通信相關的硬件組態(tài)問題造成的CPU狀態(tài)異常，從而導致設備整個控制系統(tǒng)異常。

3）由于變頻器產(chǎn)生的報警與CPU報警同時出現(xiàn)，查閱相關資料顯示同為通信故障，現(xiàn)場進行判斷是由于PLC出現(xiàn)的BF報警導致。

因此，針對故障原因，需進行以下故障處理。

1）直接更換接觸器，故障現(xiàn)象仍存在，排除接觸器本身的問題。測量接觸器線圈電壓信號，出現(xiàn)異常時電壓信號時有時無，而接觸器的動作是由PLC進行控制，故障點轉(zhuǎn)向PLC。

2）使用西門子Step7軟件對設備PLC進行在線監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)在變頻器未起動前PLC都可正常通信監(jiān)控，但變頻器起動后，一旦故障現(xiàn)象出現(xiàn)，則PLC立刻無法正常通信，顯示總線通信錯誤，無法在線監(jiān)控PLC內(nèi)部變量。通過Step7硬件診斷功能進行診斷，每次出現(xiàn)的報錯信息都均不一致，呈無規(guī)律性地發(fā)生，故初步判斷設備電氣系統(tǒng)部分可能存在電氣干擾，影響PLC的正常運行。通過硬件組態(tài)功能發(fā)現(xiàn)該設備存在一個總站及3個從站（PLC主站，變頻器、歐陸溫度信號采集單元及溫度控制輸出單元3個從站），通過Profibus-DP總線相互通信，PLC硬件組態(tài)如圖5所示。

圖5 PLC硬件組態(tài)

每個從站均使用西門子標準PROFIBUS-DP接頭進行連接，如圖6所示。首先對每個從站的250Ω終端電阻進行檢測無異常后，使用排除法對每個站與站間的通信情況單獨進行檢測。通過終端電阻的ONOFF撥扭對每段站點的通信單獨進行測試[2]，發(fā)現(xiàn)在歐陸溫度信號采集單元站點通信存在異常情況，將上一站點的終端電阻撥成ON（即屏蔽該站點）后，多次測試設備的升降機構均能夠正常運行，故確定故障原因在于歐陸溫度信號采集模塊這一段，如圖7所示。

圖6 西門子PROFIBUS-DP接頭

圖7 歐陸溫度信號采集模塊

拆開歐陸溫度信號采集模塊處的PROFIBUS-DP接頭進行檢查，發(fā)現(xiàn)PROFIBUS-DP線纜的屏蔽層未與接頭的金屬殼體很好地接觸，導致該處屏蔽性能不佳。變頻器屬于一個高頻電器，在整流電路會產(chǎn)生諧波電流，這種諧波電流在供電系統(tǒng)的阻抗上產(chǎn)生電壓降，導致電壓波形發(fā)生畸變，這種畸變的電壓極容易對儀表等系統(tǒng)形成干擾。而變頻器與歐陸溫度信號采集模塊又通過總線連接在一起，變頻器一旦起動，下一站點屏蔽性能不佳，就容易對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響。重新做好總線接頭處的屏蔽后，進行零件升降機構運動測試，往復數(shù)十次均未出現(xiàn)原偶發(fā)的各類報警，零件升降機構均正常執(zhí)行動作，設備恢復正常使用狀態(tài)。

4 結束語

電氣干擾是時刻存在于設備周圍的，此案例就是較為典型的因屏蔽不良所導致的電氣干擾故障，對后續(xù)處理類似故障時有較好的借鑒意義。由于熱處理設備的特殊性，一次加工時間長，加工過程要求穩(wěn)定可靠，所以熱處理設備在設計、制造、安裝過程中要注意電氣系統(tǒng)的屏蔽及抗干擾性，特別是要考慮到溫度控制儀表與記錄儀表的穩(wěn)定使用。