·復(fù)卷機(jī)·

復(fù)卷機(jī)直流傳動(dòng)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(xué), 陜西西安， 710021)

摘要：針對(duì)由可編程序控制器、直流裝置、通信總線組成的復(fù)卷機(jī)電氣控制系統(tǒng),從控制系統(tǒng)的原理出發(fā)分析了每個(gè)部分常見(jiàn)故障的現(xiàn)象、可能原因以及排除故障的方法。實(shí)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(fù)卷機(jī)恢復(fù)正常生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：復(fù)卷機(jī)；故障分析；解決辦法

作者簡(jiǎn)介：李天利先生，副教授；主要研究方向：電力電子技術(shù)及其應(yīng)用。

中圖分類號(hào)：TS755.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：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(guó)產(chǎn)復(fù)卷機(jī)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(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),都會(huì)造成復(fù)卷機(jī)故障而影響正常生產(chǎn)。但是這些設(shè)備故障的現(xiàn)象表現(xiàn)不一、原因復(fù)雜多樣,情況不盡相同,因此解決的方法應(yīng)從實(shí)際出發(fā),具體問(wèn)題具體分析。

1PLC故障分析和解決辦法

1.1輸出不工作

當(dāng)被控制的設(shè)備發(fā)生了故障(如電磁閥損壞等)、接線錯(cuò)誤或松動(dòng)、輸出過(guò)載等都可能使PLC的輸出不能正常工作，如當(dāng)抱閘電機(jī)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(duì)應(yīng)的控制設(shè)備是否正常。

1.2系統(tǒng)故障指示燈亮

當(dāng)PLC受到干擾、用戶程序錯(cuò)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(cuò)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(jiàn)的也是較為麻煩的一個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)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(dǎo)致的問(wèn)題

干擾會(huì)影響PLC,導(dǎo)致PLC系統(tǒng)故障、數(shù)據(jù)采集或運(yùn)算出現(xiàn)錯(cuò)誤，使送給傳動(dòng)點(diǎn)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(gè)別傳動(dòng)停機(jī)；③速度不穩(wěn)。

1.3.2干擾可能的原因

干擾大多來(lái)自以下3個(gè)方面：①電磁干擾，由復(fù)卷機(jī)附近的電力設(shè)備、雷電、無(wú)線電視廣播、雷達(dá)等產(chǎn)生，它們對(duì)PLC內(nèi)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(huì)引起PLC輸入輸出接口工作異常導(dǎo)致動(dòng)作,嚴(yán)重時(shí)引起PLC內(nèi)部元件損傷；③系統(tǒng)布線、接地不規(guī)范的干擾，復(fù)卷機(jī)控制系統(tǒng)的屏蔽接地、交流接地和保護(hù)接地等混亂，或電力電纜、控制電纜、信號(hào)電纜交叉布線時(shí)會(huì)對(duì)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(duì)可能產(chǎn)生干擾的原因，可采取以下措施解決：①?gòu)?fù)卷機(jī)電機(jī)電纜、控制電纜、模擬量信號(hào)電纜、數(shù)字信號(hào)電纜等要各自獨(dú)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(duì)地的雜散電容的充放電對(duì)設(shè)備造成傷害；②PLC柜應(yīng)有獨(dú)立的接地線,接地電阻小于l Ω；③控制柜的強(qiáng)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(lái)自電源的傳導(dǎo)干擾,這樣可以將大部分的傳導(dǎo)干擾隔離在隔離變壓器之前；⑤對(duì)快速信號(hào)要配置輸入濾波器。

2直流裝置常見(jiàn)故障和解決辦法

2.1參數(shù)設(shè)置類故障

ABB、西門子和歐陸等公司的直流裝置產(chǎn)品是復(fù)卷機(jī)中常采用的,這些調(diào)速器原理基本相同,下面以ABB的DCS550為例加以說(shuō)明,其余裝置方法類似。DCS550出廠時(shí),廠家對(duì)每一個(gè)參數(shù)都有一個(gè)默認(rèn)值,這種情況下,裝置能以面板操作方式運(yùn)行,在修改裝置參數(shù)時(shí)應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：

(1)確認(rèn)啟動(dòng)數(shù)據(jù)。在99組參數(shù)中設(shè)定電機(jī)的額定直流電壓、直流電流、額定轉(zhuǎn)速等,這些參數(shù)可以從電機(jī)銘牌中直接得到。

(2)啟動(dòng)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(shí)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(shè)置以上基本參數(shù)后,DCS550可以正常運(yùn)行,如要獲得更好的控制效果則要根據(jù)實(shí)際情況修改相關(guān)參數(shù)。

如果發(fā)生了參數(shù)設(shè)置類故障后,DCS550就不能正常運(yùn)行,這時(shí)最好是能夠把所有參數(shù)恢復(fù)到出廠值,然后按上述步驟參照DCS550使用說(shuō)明重新設(shè)置。

2.2過(guò)壓類故障

直流裝置都有一個(gè)正常的工作電壓范圍,當(dāng)電壓超過(guò)這個(gè)范圍時(shí)很可能損壞,常見(jiàn)的過(guò)電壓有兩類：

(1)輸入交流電源過(guò)壓。輸入交流電源的電壓超過(guò)正常變化范圍,對(duì)DSC550來(lái)講若實(shí)際電壓大于正常電壓的1.3倍且超過(guò)10 s會(huì)造成裝置過(guò)壓故障。這種情況大多發(fā)生在節(jié)假日時(shí)線路負(fù)載較輕,電壓升高或者線路出現(xiàn)故障。解決方法是斷開(kāi)直流裝置的電源,對(duì)線路進(jìn)行檢查,找出故障原因并修復(fù)后重新運(yùn)行。

(2)電機(jī)電樞過(guò)電壓。這種情況有以下幾種可能：①?gòu)?fù)卷機(jī)的退紙輥直流裝置正常工作時(shí)處于制動(dòng)發(fā)電狀態(tài),當(dāng)故障停機(jī)時(shí)由于慣性大容易造成過(guò)電壓，這是電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速比同步轉(zhuǎn)速高,使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)引起的，解決這類故障的方法是：直流復(fù)卷機(jī)裝置要采用四象限同時(shí)延長(zhǎng)變頻器直流裝置的加減速時(shí)間；②電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流過(guò)高，解決方法是檢查電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁,尤其是在弱磁階段要格外注意；③速度反饋開(kāi)環(huán)，沒(méi)有實(shí)際速度的比較會(huì)使速度控制失控電樞電壓過(guò)壓，解決方法是檢查編碼器。

2.3其他故障

(1)負(fù)載過(guò)重。所選電機(jī)不能拖動(dòng)該負(fù)載,也可能是由于機(jī)械原因引起。如屬前者則必須更換大功率的電機(jī)和直流裝置,如屬后者則要對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行檢修。

(2)過(guò)流故障?？赡苁侵绷餮b置的輸出短路所引起。這時(shí)要對(duì)線路進(jìn)行檢查,如果斷開(kāi)負(fù)載直流裝置后還是過(guò)流故障,說(shuō)明直流裝置電路已損壞,需要更換直流裝置。

(3)欠壓故障。說(shuō)明電源輸入電路有問(wèn)題,可能是線路嚴(yán)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(dǎo)致復(fù)卷機(jī)車速不穩(wěn)[1]。

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

2.4直流裝置的日常維護(hù)

直流裝置是以半導(dǎo)體器件為中心構(gòu)成的電力電子設(shè)備,溫度、濕度、塵埃、振動(dòng)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(jìn)行日常維護(hù)及定期檢查。

2.4.1維護(hù)檢查時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)

(1)操作者必須明確電源是在接通或斷開(kāi)的狀態(tài),嚴(yán)防觸電。

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

(3)操作者必須事先仔細(xì)閱讀直流裝置使用手冊(cè),了解裝置結(jié)構(gòu),牢記注意事項(xiàng)。

2.4.2日常檢查

(1)裝置內(nèi)有無(wú)元器件過(guò)熱、變色及異常氣味。

(2)裝置內(nèi)有無(wú)異常聲響。

(3)裝置顯示數(shù)值有無(wú)異常變化。

(4)裝置內(nèi)塵埃應(yīng)及時(shí)清除。

(5)裝置的冷卻風(fēng)扇是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.4.3定期檢查

(1)清除柜內(nèi)及過(guò)濾器上的塵埃。

(2)檢查緊固件是否有松動(dòng)。

(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(wú)法匹配。終端電阻是為了消除在通信電纜中的信號(hào)反射而設(shè)置的。在通信過(guò)程中，有兩種情況導(dǎo)致信號(hào)反射：阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配。阻抗不連續(xù)是信號(hào)在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒(méi)有,信號(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引起反射。消除的方法是在電纜的末端跨接一個(gè)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(huì)造成信號(hào)反射,導(dǎo)致傳輸信號(hào)混亂,消除的方法也是在電纜的末端跨接一個(gè)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(shè)造成干擾影響通信網(wǎng)絡(luò)正常工作,可參照1.3。

(3)通信參數(shù)的設(shè)置錯(cuò)誤。包括通信速率、站號(hào)、通信方式等參數(shù)要設(shè)置正確,否則會(huì)引起全部設(shè)備或部分設(shè)備或個(gè)別設(shè)備通信故障。

4控制方面的問(wèn)題及解決辦法

4.1紙幅張力不穩(wěn)

紙幅張力在復(fù)卷機(jī)復(fù)卷過(guò)程中變化較大,如果張力沒(méi)有被控制好造成不穩(wěn),張力過(guò)高會(huì)使成品紙卷的殘余應(yīng)力過(guò)大,造成爆卷或斷紙,張力過(guò)低會(huì)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(fù)合張力控制。直接張力控制是利用張力傳感器檢測(cè)出紙幅實(shí)際張力與給定張力去比較進(jìn)行控制,這種方法控制簡(jiǎn)單而且靈敏度高,但也有信號(hào)滯后、易受干擾和價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)；間接張力控制是通過(guò)確定恒張力過(guò)程中的各種變量的聯(lián)系進(jìn)行控制,這種方法達(dá)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(diǎn)；復(fù)合張力控制綜合了直接張力和間接張力控制的優(yōu)點(diǎn)：張力傳感器的監(jiān)測(cè)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行張力調(diào)節(jié),擾動(dòng)量如轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等因素由間接張力去補(bǔ)償,在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)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(duì)應(yīng)的方法。張力控制的具體實(shí)現(xiàn)已有較多的文獻(xiàn)對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)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?gòu)埩Σ环€(wěn)，這問(wèn)題4.1已描述；②加減速過(guò)程沒(méi)有控制好，復(fù)卷機(jī)的加減速較為頻繁,可采用五段S曲線或三段S曲線再結(jié)合退紙輥傳動(dòng)電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)速、張力三閉環(huán)控制,速度調(diào)節(jié)器處于飽和狀態(tài),張力調(diào)節(jié)器輸出與速度環(huán)輸出進(jìn)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(zhuǎn)速,只要張力滿足即可[4]。

5電機(jī)故障及解決辦法[5]

5.1電機(jī)不轉(zhuǎn)

(1)檢查電源是否正常。

(2)檢查直流裝置是否有故障報(bào)警,若有按照說(shuō)明排除故障。

(3)電機(jī)本身故障,如電機(jī)故障，維修或更換電機(jī)。

(4)直流裝置故障,可參照本文中的第2部分解決。

5.2電機(jī)過(guò)熱

(1)負(fù)荷過(guò)重，檢查機(jī)械設(shè)備有無(wú)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(jī)故障，如電機(jī)故障，維修或更換電機(jī)。

5.3電機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)

(1)機(jī)械設(shè)備故障,斷開(kāi)與機(jī)械設(shè)備之間的聯(lián)軸器,啟動(dòng)電機(jī),若電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)則是來(lái)自機(jī)械設(shè)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(jī)編碼器故障,應(yīng)檢查編碼器的聯(lián)接器,若聯(lián)接器正常則應(yīng)該是編碼器本身?yè)p壞。

5.4電機(jī)維護(hù)

(1) 察看電機(jī)有無(wú)異常聲響。

(2)察看電機(jī)有無(wú)異常振動(dòng)。

(3)察看電機(jī)有無(wú)異常氣味。

(4)察看電機(jī)有無(wú)異常溫度升高。

6應(yīng)用案例

6.1通信干擾問(wèn)題及解決辦法

(1)設(shè)備情況：江蘇某廠幅寬2400 mm, 車速600 m/min下引紙復(fù)卷機(jī)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(tái)直流裝置與CPU正常交換數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，時(shí)而中斷。

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

(4)解決辦法：將保護(hù)接地單獨(dú)按照規(guī)范要求獨(dú)立接地,故障排除。

(5)結(jié)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(duì)控制系統(tǒng)的影響。

6.2電機(jī)問(wèn)題及解決辦法

(1)設(shè)備情況：山東某廠幅寬3150 mm,車速1200 m/min下引紙復(fù)卷機(jī),直流裝置采用的是：前后底輥ABBDCS550-S02-0200(200A)、退紙輥DCS550-S02-0350(350A)、導(dǎo)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(yùn)行過(guò)程中,壓紙輥電機(jī)(22 kW)工作二十多個(gè)小時(shí)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(jī)線圈絕緣擊穿造成相間短路,導(dǎo)致電機(jī)燒毀。初步懷疑是電機(jī)質(zhì)量問(wèn)題,隨后更換了一臺(tái)同型號(hào)電機(jī)后,又出現(xiàn)了相同的故障。檢查電機(jī)對(duì)應(yīng)設(shè)備發(fā)現(xiàn)變頻器控制柜到電機(jī)的橋架距離約60 m,但在敷設(shè)電纜時(shí)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(zhǎng)度的增加導(dǎo)致電纜對(duì)地雜散電容增加,這就出現(xiàn)一個(gè)充電效應(yīng),導(dǎo)致電機(jī)端電壓升高,從而燒毀電機(jī)。

(4)解決辦法：將多余的電纜去掉后,電機(jī)運(yùn)行正常,故障排除。

(5)結(jié)論：連線的分布電容和對(duì)地的雜散電容的充放電會(huì)對(duì)設(shè)備造成傷害,復(fù)卷機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)盡量避免此類問(wèn)題出現(xiàn)。

7結(jié)語(yǔ)

復(fù)卷機(jī)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的性能是決定一臺(tái)復(fù)卷機(jī)能否高效、高質(zhì)量進(jìn)行生產(chǎn)的前提,為保證其連續(xù)高效率、高質(zhì)量進(jìn)行生產(chǎn),傳動(dòng)系統(tǒng)的維護(hù)尤為重要。以上分析了復(fù)卷機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)維護(hù)中的幾類常見(jiàn)故障,并給出了分析及解決辦法,有利于快速修復(fù)故障設(shè)備恢復(fù)復(fù)卷機(jī)的正常運(yùn)行。但是機(jī)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(fù),而有些故障很難確認(rèn)故障源在電氣方面還是在機(jī)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(jī)械和工藝知識(shí),才能對(duì)遇到的問(wèn)題綜合分析,反復(fù)試驗(yàn),從而找到解決問(wèn)題的最佳途徑。

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(責(zé)任編輯：董鳳霞)

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