張建平，楊建波

（1.云南文山鋁業(yè)有限公司，云南 文山 663000；2.云南浩鑫鋁箔有限公司，云南 昆明 650502）

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，鋁電解生產(chǎn)從早期的自焙槽發(fā)展到今天的多點(diǎn)進(jìn)電大型預(yù)焙槽，自動(dòng)化程度不斷提高，綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)成倍增加，環(huán)保得到了徹底改善。而作為鋁電解生產(chǎn)工藝加工的最關(guān)鍵設(shè)備多功能機(jī)組（即pot tending machine），它由大車、工具車、出鋁車、空壓機(jī)、液壓站及電氣控制系統(tǒng)等組成，是集電氣、氣動(dòng)、液壓、機(jī)械等為一體的高科技產(chǎn)品，是大型預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備[1]，見(jiàn)圖1所示。它能完成預(yù)焙陽(yáng)極電解槽的下列工藝操作：

圖1 電解鋁多功能機(jī)組組成Fig.1 Composition of electrolytic aluminum multi-functional unit

1）打殼：打開(kāi)電解質(zhì)結(jié)殼；

2）加料：覆蓋氧化鋁及破碎粉料（最大粒度≤10 mm），添加破碎面殼塊料（最大粒度≤50 mm）；

3） 更換陽(yáng)極（雙扭拔）：擰開(kāi)提起及落下擰緊螺旋夾具，吊走殘極，更換新陽(yáng)極；

4）撈渣機(jī)構(gòu)：把陽(yáng)極坑內(nèi)的殘極散塊及結(jié)殼電解質(zhì)清理出去，以便安裝新陽(yáng)極；

5）出鋁：出鋁并計(jì)量，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)出鋁；

6）提升陽(yáng)極母線：吊運(yùn)陽(yáng)極母線提升框架；

7）完成安裝和檢修電解槽上部結(jié)構(gòu)和下部槽殼及其它零星吊運(yùn)。

由于多功能機(jī)組長(zhǎng)期在高溫、強(qiáng)磁場(chǎng)、大電流（500 kA）、多粉塵及HF煙氣環(huán)境中工作，因此在實(shí)際電解生產(chǎn)中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)電氣、機(jī)械、液壓及氣動(dòng)系統(tǒng)故障，但影響最大的是電氣系統(tǒng)故障[2]，尤其是PLC系統(tǒng)故障，一旦出現(xiàn)，它將影響到整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行，因此它的好壞直接影響到電解生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

某公司使用的鋁電解多功能機(jī)組是株洲天橋起重機(jī)股份有限公司生產(chǎn)制造，它的控制系統(tǒng)包括PLC（美國(guó)AB生產(chǎn)） 和變頻控制（變頻器為ABB）等系統(tǒng)構(gòu)成；而且PLC是由CPU、交換機(jī)、輸入輸出模塊、D網(wǎng)和E網(wǎng)構(gòu)成，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)電纜連接[3]，它的主要優(yōu)點(diǎn)是減少了信號(hào)之間傳輸?shù)碾娎|，且電器控制系統(tǒng)更加可靠，減少了系統(tǒng)的故障率。

另外，在配電室安裝了工控機(jī)，它是通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)電纜和CPU直接相連，隨時(shí)可以監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息，大大縮短了故障排除時(shí)間，提高了設(shè)備的運(yùn)行率。

1 電氣故障

多功能機(jī)組的電氣系統(tǒng)比較復(fù)雜，它包括配電設(shè)備（配電、控制、操作、照明、攝像頭）、PLC系統(tǒng)、編程軟件系統(tǒng)、變頻器、各種操作開(kāi)關(guān)、電纜（動(dòng)力和控制）、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制器、隔離變壓器、絕緣及漏電檢測(cè)等，圖2為PLC系統(tǒng)示意圖。配電室防護(hù)等級(jí)IP54，控制柜雙層外殼。配電室內(nèi)設(shè)有工控機(jī)，能顯示PTM的故障信息，具有程序讀寫功能[4]，圖3為PLC通訊模塊工作原理圖。

圖2 PLC示意圖Fig.2 Schematic diagram of PLC

圖3 PLC通訊模塊工作原理圖Fig.3 Working principle diagram of PLC communication module

電氣系統(tǒng)故障是整個(gè)多功能機(jī)組中影響最大的故障，而且是比較難處理，尤其是PLC故障，它不像普通的電路故障，通過(guò)直觀的判斷檢測(cè)可以確定它的好壞.而必須通過(guò)試驗(yàn)、判斷或分析等才可能找出故障。最難的故障是CPU或網(wǎng)絡(luò)信號(hào)中斷，主接觸器不吸合，整個(gè)機(jī)組都不能供電；維修工只能通過(guò)仔細(xì)觀察CPU、交換機(jī)等模塊上邊燈的狀態(tài)或PLC程序來(lái)尋找解決問(wèn)題的方案。

1.1 CPU

CPU模塊上的FLT燈是紅燈，可能的原因：①CPU存儲(chǔ)器故障，可采用周期性供電；②存儲(chǔ)器模塊故障，可切斷電源，從處理器模塊上取下存儲(chǔ)器模塊，重新安裝再通電，如果FLT LED由穩(wěn)定點(diǎn)亮改變?yōu)殚W爍狀態(tài)，則更換現(xiàn)有的存儲(chǔ)器模塊；③CPU/電源故障，可將處理器模塊置于另外系統(tǒng)并周期性供電，如果仍出現(xiàn)穩(wěn)定點(diǎn)亮的FLT LED，則更換處理器模塊；如果FLT LED清除不亮，則檢測(cè)電源進(jìn)線和電源模塊；④處理器微控制程序安裝不正確，如處理器已升級(jí)為不同的微控制程序版本，則檢查固件集成塊的型號(hào)是否和已升級(jí)的設(shè)備一致[5]。

1.2 處理器

處理器不在運(yùn)行模式，可能的原因：①模式選擇不當(dāng)或用戶程序邏輯錯(cuò)誤，應(yīng)檢查所選的處理器工作模式，如果處理器處在編程或測(cè)試模式，則嘗試改為運(yùn)行模式；如在暫停狀態(tài)，則檢查用戶程序邏輯的暫停指令；②電源電壓超出工作范圍，應(yīng)檢查220 V電源進(jìn)線和檢測(cè)電壓[6]；③處理器或電源故障，可將處理器模塊裝在另一系統(tǒng)上，通電后再組態(tài)，并選擇運(yùn)行模式，仍有故障，則更換處理器；讓現(xiàn)有電源給另一系統(tǒng)供電，如仍有故障則更換電源模塊。

1.3 系統(tǒng)

系統(tǒng)不運(yùn)行，未檢測(cè)到CPU主要故障，可能的原因：①程序邏輯錯(cuò)誤，可在RUN模式監(jiān)視邏輯結(jié)果，檢查I/O狀態(tài)；②設(shè)備或接線缺陷，應(yīng)檢查輸入和輸出狀態(tài)。

1.4 指示燈（RUN、FORCE）

RUN指示燈熄滅，更改控制器模式。

FORCE指示燈：①恒定琥玻色I(xiàn)/O強(qiáng)制處于活動(dòng)狀態(tài)，取消強(qiáng)制；②閃爍琥玻色一個(gè)或多個(gè)輸入或輸出地址已被強(qiáng)制設(shè)置為On或Off狀態(tài)，但強(qiáng)制尚未被啟用，取消強(qiáng)制。

1.5 網(wǎng)絡(luò)傳輸

網(wǎng)絡(luò)傳輸錯(cuò)誤。應(yīng)在斷電后重新安裝交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)模塊和工業(yè)以太網(wǎng)電纜，如好則是連接松動(dòng)；若不好則檢查交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)模塊和工業(yè)以太網(wǎng)電纜好壞并進(jìn)行更換。

1.6 電氣故障采取的措施

為了降低多功能機(jī)組的電氣系統(tǒng)故障，保證多功能機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)，一般應(yīng)提前做好其預(yù)防措施：每月對(duì)電器部件定期檢查一次；每周清掃一次配電柜和變壓器衛(wèi)生，保持PLC的工作環(huán)境溫度；每月嚴(yán)格按PLC、變頻器的維護(hù)保養(yǎng)手冊(cè)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)；每三個(gè)月對(duì)機(jī)組各部位的絕緣測(cè)量一次；每三個(gè)月對(duì)配電柜內(nèi)的端子排及各動(dòng)力電源檢查緊固一次；每三個(gè)月對(duì)整車電纜和電機(jī)進(jìn)行檢查；夏季必須每周對(duì)配電室的空調(diào)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，保證空調(diào)正常工作[6]，使配電室的溫度不要超過(guò)35℃，為PLC、變頻器等電器元件提供良好的工作環(huán)境，每次維護(hù)必須仔細(xì)認(rèn)真，且做好記錄，以便降低電氣故障的發(fā)生率。

2 液壓故障

2.1 電氣

在液壓系統(tǒng)較難的是電氣控制方面的故障，維修工在修理中有時(shí)會(huì)碰到這樣的問(wèn)題，故障現(xiàn)象是：打殼機(jī)構(gòu)不下降只上升。首先要想到是液壓方面有故障，通過(guò)手動(dòng)液壓閥組發(fā)現(xiàn)打殼機(jī)構(gòu)可以上升，從而確定液壓系統(tǒng)本身無(wú)故障，而是控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障。先看PLC模塊輸入輸出點(diǎn)正常，中間繼電器的指示燈也亮，為此判定有信號(hào)電磁換向閥；但通過(guò)測(cè)量沒(méi)有24 V直流電壓，判斷中間繼電器故障。因?yàn)閯傞_(kāi)始都是憑經(jīng)驗(yàn)判斷，認(rèn)為只要指示燈亮，中間繼電器工作正常，因此在電氣維修中經(jīng)驗(yàn)只能參考，最終用儀器測(cè)量數(shù)據(jù)檢驗(yàn)。電氣控制原理圖見(jiàn)圖4。

圖4 液壓系統(tǒng)控制原理圖Fig.4 Control schematic diagram of hydraulic system

2.2 機(jī)械內(nèi)泄、外泄

液壓系統(tǒng)在使用中最容易出現(xiàn)的故障是外泄和內(nèi)泄。外泄簡(jiǎn)單，通過(guò)檢查就能發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)；內(nèi)泄是由于液壓系統(tǒng)中元件的磨損，隨著時(shí)間的推移，內(nèi)泄會(huì)越來(lái)越明顯，鑒別內(nèi)泄的簡(jiǎn)單辦法是測(cè)試系統(tǒng)滿載和空載時(shí)的工作周期，假如完成有載時(shí)的動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)，那么，可以懷疑有內(nèi)泄或泵可能失效[7]。外泄解決簡(jiǎn)單，通過(guò)緊固或更換密封件，內(nèi)泄必須通過(guò)更換內(nèi)部元件解決。造成泄漏通常是由于油液污染或變質(zhì)引起的，因此在使用中要建立合理的濾芯更換周期、油箱內(nèi)部清潔、管路和閥組密封好，防止油液污染；此外，要保證液壓站冷卻系統(tǒng)的正常運(yùn)行，防止油液變質(zhì)[8]。

2.3 液壓故障措施

液壓系統(tǒng)在使用中定期檢查油液，一周對(duì)管路和閥組等連接部件緊固一次，一個(gè)月對(duì)液壓站的所有部件詳細(xì)檢查一次，并認(rèn)真做好記錄。對(duì)于空壓機(jī)的日常維護(hù)按照空壓機(jī)的使用維護(hù)手冊(cè)結(jié)合車間實(shí)際使用情況進(jìn)行。

3 氣動(dòng)故障

1） 多功能機(jī)組上的氣動(dòng)系統(tǒng)的空壓機(jī)是滑片式空壓機(jī)，圖5為其結(jié)構(gòu)示意圖，它的好壞直接影響到多功能機(jī)組的打殼、抓斗功能及出鋁功能，通?？諌簷C(jī)會(huì)出現(xiàn)排氣高溫、溫度傳感器失靈、壓力傳感器失靈、系統(tǒng)壓力過(guò)低或超高、空氣中含油量高、進(jìn)氣口返油等故障，通過(guò)檢查油分離器中的油位、冷卻器的表面衛(wèi)生、油過(guò)濾器、傳感器、止回閥、油分離器、卸載閥等元器件來(lái)消除故障；

圖5 空壓機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Structure schematic diagram of air compressor

2）氣動(dòng)故障措施：對(duì)于空壓機(jī)維護(hù)保養(yǎng)的方法是：每周檢查油位、檢查并清潔氣水分離器、清潔油冷卻器和后冷卻器、吹掃空濾，每季度更換回油閥濾網(wǎng)、更換空濾、更換潤(rùn)滑油、更換油過(guò)濾器、電機(jī)軸承進(jìn)行加油、緊固電控柜線路和電機(jī)的接線端芯；每半年更換油氣分離器芯等。

4 天車故障及措施

1）天車的故障。在多功能機(jī)組的使用過(guò)程中，由于天車工誤操作失誤或者意外碰到天車遙控器的“測(cè)舊高”或“測(cè)新高”開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致多功能機(jī)組陽(yáng)極測(cè)高系統(tǒng)的探桿在電解槽中下降，致使探桿及與探桿相聯(lián)的激光探頭箱碰撞到電解槽或電解槽立柱母線，造成陽(yáng)極測(cè)高系統(tǒng)的探桿彎曲變形、激光探頭箱損壞；

2）采取的措施。通過(guò)分析研究在多功能機(jī)組的工具小車上增加一個(gè)限位開(kāi)關(guān)，限位開(kāi)關(guān)信號(hào)與陽(yáng)極測(cè)高系統(tǒng)的控制部分互鎖，當(dāng)工具小車行駛至電解車間出鋁端大面時(shí)，限位開(kāi)關(guān)輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)，陽(yáng)極測(cè)高系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。而當(dāng)工具小車運(yùn)行至電解槽上方時(shí)，陽(yáng)極測(cè)高系統(tǒng)處于完全斷開(kāi)狀態(tài)，既使人為操作測(cè)高系統(tǒng)的“測(cè)舊高”和“測(cè)新高”，均不能造成測(cè)量探桿動(dòng)作，從而避免人為造成陽(yáng)極測(cè)高系統(tǒng)損壞。

5 輔助裝置的改進(jìn)

此外根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的維修和實(shí)際使用情況，還在多功能機(jī)組的陽(yáng)極扳手油缸上增加保護(hù)裝置、儲(chǔ)氣罐上增加自動(dòng)排水閥、下料管彎頭內(nèi)增加耐磨材料，對(duì)精準(zhǔn)出鋁風(fēng)源由空壓機(jī)供風(fēng)改為地面供風(fēng)，通過(guò)這些改進(jìn)，不但降低設(shè)備的故障率及職工勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還降低了生產(chǎn)成本，提高了設(shè)備運(yùn)行率。

6 應(yīng)用效果

1）電氣：多功能機(jī)組的電氣故障通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)，結(jié)合每次處理的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，效果分享及日常的維護(hù)保養(yǎng)，機(jī)組的PLC故障率明顯降低，而且處理故障的速度也顯著提高，現(xiàn)在多功能機(jī)組維修工幾乎80%以上的人員對(duì)普通的電氣故障都能處理，確保機(jī)組電氣系統(tǒng)正常運(yùn)行；

2）液壓：要維護(hù)好液壓設(shè)備，首先要從油品的源頭抓起，再加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵部件的精心維護(hù)保養(yǎng)，嚴(yán)格檢測(cè)及更換機(jī)制，就能夠保證液壓設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行；

3） 氣動(dòng)：空壓機(jī)故障一般通過(guò)學(xué)習(xí)《AL55（京潤(rùn)版本）壓縮機(jī)操作手冊(cè)》就可以解決。但多功能機(jī)組上的空壓機(jī)不只是一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，它有一個(gè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和PLC聯(lián)系在一起，所以在出現(xiàn)故障時(shí)，考慮點(diǎn)要多，思路要廣；必要時(shí)通過(guò)工控機(jī)在程序中看各部分的運(yùn)行情況，查看是程序問(wèn)題還是空壓機(jī)本身問(wèn)題，有目標(biāo)地去檢查排除，以使空壓機(jī)的故障及時(shí)排除，確?？諌簷C(jī)正常運(yùn)行；

4）天車：自從改完后，再也沒(méi)有出現(xiàn)由于天車工誤操作造成的陽(yáng)極測(cè)高損壞，降低了電解工和維修工的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低設(shè)備維修成本（每換一根探桿或一個(gè)激光探頭箱需2 500元）；提高了人員換極中的安全性，提高了設(shè)備的利用率；確保電解換陽(yáng)極的精度和電解槽的安全平穩(wěn)高效運(yùn)行。見(jiàn)圖6所示。

圖6 天車運(yùn)行前后對(duì)比圖Fig.6 Pictrues of overhead crane before and after its operation

通過(guò)定期對(duì)多功能機(jī)組電氣、液壓及氣動(dòng)系統(tǒng)的定期維修保養(yǎng)，機(jī)組的故障率明顯降低，處理故障的效率提高，機(jī)組的完好率明顯提高，確保電解生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

7 結(jié)語(yǔ)

1）多功能機(jī)組的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，機(jī)組的維護(hù)保養(yǎng)和故障處理是一項(xiàng)長(zhǎng)期復(fù)雜的工作;

2）針對(duì)鋁電解多功能機(jī)組在生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)的電氣、液壓及氣動(dòng)故障，需要維修人員不斷結(jié)合設(shè)備的實(shí)際使用情況，摸索維修經(jīng)驗(yàn);

3）要對(duì)設(shè)備進(jìn)行有針對(duì)性的處理，這樣才可以完善其性能，提高完好率及工作效率。