495HR電鏟AFE非硬件故障的診斷與檢修工藝

張巴圖

（神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司生產(chǎn)技術(shù)部，內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，010300）

1 概述

中國(guó)神華能源股份有限公司哈爾烏素露天煤礦從2007年開始，陸續(xù)從美國(guó)比賽洛斯公司引進(jìn)6臺(tái)495HR 電鏟。495HR 電鏟是國(guó)內(nèi)外露天采礦行業(yè)使用最廣泛的挖掘機(jī)，用于大型露天煤礦巖石剝離和煤炭挖掘，它采用了西門子公司生產(chǎn)的SIBAS控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)集成化程度高，運(yùn)行穩(wěn)定、安全和可靠。功率部分采用AFE （Active Front End）整流／回饋單元，由于采用可使其網(wǎng)側(cè)電流及功率因數(shù)均可控的PWM 整流器，它可四象限運(yùn)行，因此功率部分少了一套再生回饋單元，它位于電源進(jìn)線側(cè)，所以被稱為前端。其主動(dòng)的含義在于，與傳統(tǒng)的二級(jí)管或可控制硅整流技術(shù)相比，主動(dòng)前端不再是被動(dòng)地將交流轉(zhuǎn)變成直流，而是具備了很多主動(dòng)的控制功能。它不僅能消除高次諧波，提高功率因數(shù)，而且不受電網(wǎng)波動(dòng)的影響，但在運(yùn)行過程中AFE整流／回饋單元出現(xiàn)的非功率單元頻繁出現(xiàn)了AFE 故障，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，對(duì)生產(chǎn)造成一定的影響。

（1）AFE。AFE 是前端有源技術(shù)，當(dāng)功率因數(shù)=1 時(shí)可以有效改善外網(wǎng)質(zhì)量，可運(yùn)行在四象限，抑制諧波。給供電線路無功補(bǔ)償，在再生發(fā)電時(shí)不需要另裝一套整流系統(tǒng)。

（2）SIBAS。SIBAS為西門子火車自動(dòng)化控制系統(tǒng)，德國(guó)西門子公司首先把它用在電鏟和吊斗鏟上，是目前電鏟上使用的最先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)之一。應(yīng)用在與PLC 協(xié)調(diào)控制提升、推壓、回轉(zhuǎn)、行走部分和整流部分，SIBAS與HMI協(xié)調(diào)提供測(cè)試點(diǎn)和用戶參數(shù)，SIBAS提供電源部分的保護(hù)。

（3）IGBT。IGBT 是495HR 電鏟采用的智能模塊，它具有強(qiáng)大的自診斷和保護(hù)功能。IGBT 智能模塊雙-輸入1.5kVs是一個(gè)空氣冷卻的2相模塊。以下的配置可以有選擇地進(jìn)行調(diào)節(jié)：2 相、2個(gè)制動(dòng)控制器或者單相、1個(gè)制動(dòng)控制器 （局部指定制動(dòng)控制器／模塊上的相位可以自由地選擇），通過外部控制的插腳上的電橋進(jìn)行指派。除了4 個(gè)IGBT，還有一個(gè)方形的電控裝置 （QST）4 個(gè)高壓區(qū) （HST）和2個(gè)溫度測(cè)檢器 （帶有2個(gè)電線接頭的Pt-100）。IGBT 的2個(gè)溫度測(cè)檢器和飽和監(jiān)督允許過負(fù)荷或?qū)?dòng)力側(cè)進(jìn)行短路保護(hù)，方形的電控裝置 （QST）保證在模塊短路 （HSTs 和QST）時(shí)，有2s的過載保護(hù)。

2 AFE故障原因分析

2.1 高壓真空接觸器啟動(dòng)過程中以及設(shè)備運(yùn)行當(dāng)中出現(xiàn)的控制環(huán)節(jié)故障

當(dāng)預(yù)充電達(dá)到1250V 時(shí)，高壓真空接觸器不吸合的故障主要是由K13繼電器、PLC 節(jié)點(diǎn)7的第6塊數(shù)字輸出卡 （UP104）、高壓真空接觸器的電源啟動(dòng)單元CR1以及它們之間的連接環(huán)節(jié)出現(xiàn)的故障引起的。快速地診斷出哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題是提高檢修質(zhì)量的關(guān)鍵。

首先應(yīng)該先檢查中間環(huán)節(jié)CR1 是否吸合，如果吸合，那么問題出在它的下一個(gè)環(huán)節(jié)高壓真空接觸器的電源啟動(dòng)單元；如果不吸合，那么問題出在它本身或它的上一個(gè)環(huán)節(jié)：UP104是否有電或者K13繼電器是否吸合。如果PLC 節(jié)點(diǎn)7的第6塊數(shù)字輸出卡 （UP104）的Q16.4 沒有輸出，那么檢查CR1的邏輯圖以及通過PLC 在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，檢測(cè)K13常開點(diǎn)接觸是否良好。

如果K13常開點(diǎn)接觸良好，那么下一步就應(yīng)該檢查一下K05、K06和K073個(gè)繼電器接觸是否良好。檢查K05和K06兩個(gè)繼電器時(shí)不能盲目的亂查，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和具體現(xiàn)象進(jìn)行有真對(duì)性的排查，盲目的亂查的結(jié)果是加大檢修時(shí)間，減少出動(dòng)率。

K05、K06和K07三個(gè)繼電器的線圈電源分別取自于UP23、UP28和UP19，UP19經(jīng)過UPCB開關(guān)后，一條線路串接一個(gè)真空接觸器的常開點(diǎn)后變?yōu)閁P23，一條線路串接兩個(gè)正常停機(jī)按鈕BEB1和BEB2后變?yōu)閁P28，另一條線路串接4個(gè)E-STOP緊急停機(jī)按鈕后變?yōu)閁P19，UP23接到K05線圈上，UP28接到K06線圈上，UP19接到K07線圈上。

K05、K06和K07三個(gè)繼電器斷電或接觸不良的現(xiàn)象是不同的，K05 繼電器斷電或接觸不良DPC可以吸合，而K06和K07兩個(gè)繼電器斷電或接觸不良時(shí)DPC 不能吸合。根據(jù)不同的現(xiàn)象，分析如下：

（1）第一種現(xiàn)象。由于真空接觸器DPC 的一個(gè)常開點(diǎn)串接在K05 繼電器的線圈上，只有在DPC吸合后，K05 得電吸合。K05 的常開點(diǎn)接通后，把PLC 節(jié)點(diǎn)7電源板得24VDC 電源送入SIBAS的二進(jìn)制輸入卡-G139 中，把真空接觸器DPC閉合的信息傳遞給SIBAS。

如果在啟機(jī)的過程中，K05失電或其常開點(diǎn)接觸不好，使得在DPC閉合后SIBAS沒有收到DPC閉合的信息，AFE在DPC閉合后的200μs延遲后沒有被觸發(fā)，DPC 打開后，CHOPPER 得到一個(gè)2000μs的單脈沖觸發(fā)信號(hào)，以使DC BUS母線電壓徹底放盡。設(shè)備終止運(yùn)行，邏輯圖中會(huì)有不完全程序故障，不完全程序燈亮。如果在運(yùn)行中出現(xiàn)K05失電或其常開點(diǎn)接觸不好，SIBAS 收到DPC打開的信息，調(diào)用程序G73，程序G73在延遲5s，DC BUS 電壓依然大于50 VDC 后，再調(diào)用程序G74，程序G74 會(huì)發(fā)出一個(gè)2000μs 的單脈沖，CHOPPER 得到一個(gè)2000μs的單脈沖觸發(fā)信號(hào)，以使DC BUS母線電壓徹底放盡。設(shè)備終止運(yùn)行，邏輯圖中會(huì)有不完全程序故障，不完全程序燈亮。SIBAS MONITOR 會(huì) 報(bào) 出DC221 故 障 （DPC OPENED WITH AFES RELEASED）。

（2）第二種現(xiàn)象。因?yàn)閮蓚€(gè)正常停機(jī)按鈕BEB1和BEB2是通過給K06繼電器的線圈供電通過其常開點(diǎn)把節(jié)點(diǎn)7電源板的24VDC送到SIBAS機(jī)架二進(jìn)制輸入卡-G139中的。

如果在啟動(dòng)高壓真空接觸器時(shí)，BEB 線路正常且PLC也正常，只是K06繼電器線圈斷電或常開點(diǎn)接觸不良，SIBAS的中央處理器ZR 接收到的是正常停機(jī)信號(hào)致使K13繼電器線圈不得電，K06還可引起K13顫動(dòng) （當(dāng)K06常開點(diǎn)斷開后SIBAS馬上收到正常停機(jī)命令，SIBAS 馬上發(fā)出命令，讓-G147的b24點(diǎn)失電，K13打開，在完成這個(gè)過程后，程序中的RS 觸發(fā)器被復(fù)位，-G147 的b24點(diǎn)重新得電，K13 閉合，這樣周而復(fù)始運(yùn)行，使得K13不間斷地顫動(dòng)）。按下系統(tǒng)運(yùn)行按鈕SRB后，雖然PLC準(zhǔn)備完畢并且接收到的是啟機(jī)信號(hào)，K13 繼電器的常開觸點(diǎn)之間送有120 VAC（UP104），預(yù)充電電路投入工作，并使DC BUS電壓達(dá)到50VDC時(shí)，SIBAS會(huì)檢測(cè)到預(yù)充電給DC BUS充電已經(jīng)達(dá)到50VDC，這時(shí)當(dāng)滿足BEB 斷線、AFE 被阻塞和DPC 打開3 個(gè)條件時(shí)，ZR 處理器會(huì)調(diào)用G28 程序塊，G28 程序塊馬上調(diào)用G73程序塊，當(dāng)G73程序塊探測(cè)到DC BUS 電壓達(dá)到50VDC 以上時(shí)，經(jīng)過5s的延時(shí)后調(diào)用G74程序塊，G74程序塊發(fā)出觸發(fā)CHOPPER 的命令，正是這個(gè)5s的延時(shí)使得預(yù)充電給DC BUS充電能達(dá)到1000～1250 VDC，然后CHOPPER 放電使DC BUS電壓降到50V 以下。這時(shí)，即使預(yù)充電給DC BUS 充電可能達(dá)到1000～1250 VDC，而SIBAS的中央處理器ZR 得到是正常停機(jī)命令，SIBAS的二進(jìn)制輸出卡-G147的b24點(diǎn)快速得電和失電，K13繼電器快速顫動(dòng)，使得CR1不得電，高壓真空接觸器不吸合。當(dāng)DC BUS 電壓下降到50VDC以下時(shí)，CHOPPER 停止工作，這時(shí)PLC以及SIBAS MONITOR 都報(bào)有AFE 故障，AFE故障信息會(huì)觸發(fā)一個(gè)RS觸發(fā)器置位，該觸發(fā)器給PLC一個(gè)反饋信息，使預(yù)充電回路停止工作，只有按下SIBAS柜門上的復(fù)位按鈕后這個(gè)RS 觸發(fā)器才能復(fù)位。

如果設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)K06 失電，SIBAS 接收到一個(gè)正常停機(jī)命令，這時(shí)各部系統(tǒng)全部停止運(yùn)動(dòng)。在SIBAS檢測(cè)到各部電機(jī)速度小于2.5Hz且AFE 已被阻塞，這時(shí)K13失電和DPC 打開后調(diào)用G28程序塊，G28 程序塊再調(diào)用G73 程序塊，G73程序塊探測(cè)到DC BUS電壓達(dá)到50VDC以上時(shí)，經(jīng)過5s的延時(shí)后調(diào)用G74程序塊，G74程序塊發(fā)出觸發(fā)CHOPPER 的命令，使DC BUS電壓迅速地降到50V 以下，PLC 以及SIBAS MONITOR 都報(bào)有AFE 故障，AFE 故障信息會(huì)觸發(fā)一個(gè)RS觸發(fā)器置位，該觸發(fā)器給PLC 一個(gè)反饋信息，使預(yù)充電回路停止工作，只有按下SIBAS柜門上的復(fù)位按鈕后這個(gè)RS觸發(fā)器才能復(fù)位。

（3）第三種現(xiàn)象。4個(gè)E-STOP 緊急停機(jī)按鈕也是通過給K06繼電器的線圈供電，并通過其常開點(diǎn)把節(jié)點(diǎn)7 電源板的24VDC 送到SIBAS機(jī)架二進(jìn)制輸入卡-G139中的。

如果在啟動(dòng)高壓真空接觸器時(shí)，POEB 線路正常且PLC也正常，只是K07兩個(gè)繼電器線圈斷電或常開點(diǎn)接觸不良，SIBAS的中央處理器ZR 接收到的是緊急停機(jī)信號(hào)致使K13繼電器線圈不得電，按下系統(tǒng)運(yùn)行按鈕SRB后，雖然PLC 準(zhǔn)備完畢并且接收到的是啟機(jī)信號(hào)，K13繼電器的常開觸點(diǎn)之間送有120 VAC （UP104），預(yù)充電電路投入工作，并使DC BUS 電壓達(dá)到50 VDC 時(shí)，SIBAS會(huì)檢測(cè)到預(yù)充電給DC BUS充電已經(jīng)達(dá)到50VDC，這時(shí)不需要任何條件ZR 處理器會(huì)馬上調(diào)用G28程序塊，G28程序塊馬上調(diào)用G73 程序塊，當(dāng)G73程序塊探測(cè)到DC BUS電壓達(dá)到50VDC 以上時(shí)，經(jīng)過5s的延時(shí)后調(diào)用G74程序塊，G74程序塊發(fā)出觸發(fā)CHOPPER 的命令，正是這個(gè)5s的延時(shí)使得預(yù)充電給DC BUS 充電可能達(dá)到1000～1250 VDC，然后CHOPPER 放電使DC BUS電壓降到50V 以下。這時(shí)，即使預(yù)充電給DC BUS充電能達(dá)到1000～1250 VDC，而SIBAS 的中央處理器ZR 得到是緊急停機(jī)命令，SIBAS的二進(jìn)制輸出卡-G147的b24點(diǎn)不得電，K13繼電器不吸合使得CR1不得電，高壓真空接觸器不吸合。當(dāng)DC BUS電壓下降到50 VDC 以下時(shí)，CHOPPER 停止工作，這 時(shí)PLC 以 及SIBAS MONITOR 都 不 報(bào)AFE故障。

由于K07 失電的整個(gè)過程PLC 以及SIBAS MONITOR 都不報(bào)AFE故障，不存在被置位所以也不用復(fù)位。當(dāng)DC BUS 電壓降到0 V 時(shí)，PLC的鎖存系統(tǒng)運(yùn)行按鈕依然有效，使得預(yù)充電回路重新投入工作，當(dāng)SIBAS檢測(cè)到DC BUS電壓升到50VDC以上時(shí)SIBAS會(huì)發(fā)出一道延時(shí)5s的觸發(fā)CHOPPER 的命令，使DC BUS電壓降到0V。這樣周而復(fù)始地充電放電，一直到預(yù)充電開關(guān)跳閘為止。

如果設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)K07 失電，SIBAS 接收到一個(gè)緊急停機(jī)命令，這時(shí)各部系統(tǒng)全部停止運(yùn)動(dòng)。SIBAS直接使K13失電，當(dāng)DPC 打開后馬上調(diào)用G28程序塊，G28程序塊再調(diào)用G73程序塊，G73程序塊探測(cè)到DC BUS電壓達(dá)到50VDC以上時(shí)，經(jīng)過5s的延時(shí)后調(diào)用G74程序塊，G74程序塊發(fā)出觸發(fā)CHOPPER 的命令，使DC BUS電壓迅速地降到50 V 以下，SIBAS MONITOR 報(bào)有AFE故障，AFE 故障信息會(huì)觸發(fā)一個(gè)RS 觸發(fā)器置位，該觸發(fā)器給PLC 一個(gè)反饋信息，使預(yù)充電回路停止工作，只有按下SIBAS柜門上的復(fù)位按鈕后這個(gè)RS觸發(fā)器才能復(fù)位。

2.2 由SIBAS系統(tǒng)的程序引起的錯(cuò)誤

引起ZR 軟件故障、SIP 軟件故障、欠電壓故障、脈沖觸發(fā)故障以及時(shí)間片溢出故障有可能是ZR 處理器、SIP 處理器、I／O 卡 （L059）或是處理器的程序引起的。需裝載單塊處理器的程序在裝載ZR 處理器的程序時(shí)需要設(shè)置IP地址，SIP處理器不需要設(shè)置IP 地址。如果裝載完處理器的程序后故障沒有被解決，那么在考慮I／O 卡 （L059）或處理器。

3 AFE故障的解決辦法

3.1 高壓真空接觸器啟動(dòng)過程中以及設(shè)備運(yùn)行當(dāng)中出現(xiàn)的控制環(huán)節(jié)故障的解決辦法

需使用SIBAS OBSERVER 軟件進(jìn)行處理類似的故障，與使用傳統(tǒng)測(cè)量工具處理相比，observer觀察器據(jù)有快速和實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和記錄。具體使用observer的步驟為：打開SIBAS Monitor 監(jiān)控器，在下拉菜單Applic中選擇observer，單擊observer去掉Lines to File的對(duì)號(hào)，然后回車，這是出現(xiàn)8個(gè)信道的選擇，分別寫入要監(jiān)控的信號(hào)代碼回車，然后出現(xiàn)一個(gè)小對(duì)話框，選擇T1，回車。開始監(jiān)控這8個(gè)信號(hào)，選擇＜Ctyl＞加＜C＞停止observer。

3.2 由SIBAS系統(tǒng)的程序引起的錯(cuò)誤的解決辦法

裝載各個(gè)處理器程序需要注意兩個(gè)方面：一是在要裝載程序的處理器上必須連接好跳線；二是每做完一步必須檢查一下是否還在monitor模式下，打開SIBAS Monitor監(jiān)控器，在下拉菜單Hard中選擇Reset，單擊Reset選擇Monitor回車，進(jìn)行Monitor復(fù)位，使得SIBAS Monitor監(jiān)控器在Monitor狀態(tài)下。

（1） 安 裝 ZR 處 理 器 系 統(tǒng) 程 序 OSZR0200.LOC文件。在monitor模式下，把跳線插在要安裝程序的ZR 處理器上。在下拉菜單Hard中選擇Sys.flash單擊，然后選擇Program file，點(diǎn)擊F1 打開瀏覽器，在備份文件夾中選擇CDZR0200.LOC文件，然后點(diǎn)擊OK 出來一個(gè)小對(duì)話框再單擊OK，開始下載CDZR0200.LOC 文件。

（2）安裝ZR 處理器用戶程序SHOVEL.PGM文件。在monitor模式下，把跳線插在要安裝程序的ZR 處理器上。在下拉菜單Hard 中選擇User.flash單擊，然后選擇Program file，點(diǎn)擊F1打開瀏覽器，在備份文件夾中選擇SHOVEL.PGM文件，然后點(diǎn)擊OK 開始下載SHOVEL.PGM 文件。

（3）從安裝ZR 處理器程序轉(zhuǎn)移到SIP數(shù)字信號(hào)處理器程序的安裝。在monitor模式下，在下拉菜單Hardw 中選擇DSP 單擊，然后選擇到那個(gè)SIP，回車。

（4）安裝SIP 數(shù)字信號(hào)處理器系統(tǒng)程序OSSI0127.LOD 文件。在monitor模式下，把跳線插在要安裝程序的SIP數(shù)字信號(hào)處理器上，在下拉菜單Hardw 中選擇flash 單擊，然后選擇New OS File，點(diǎn)擊F1打開瀏覽器，在備份文件夾中選擇OSSI0127.LOD 文件，然后點(diǎn)擊OK 開始下載OSSI0127.LOD 文件。

（5）安裝SIP 數(shù)字信號(hào)處理器用戶程序。在monitor模式下，把跳線插在要安裝程序的SIP 數(shù)字信號(hào)處理器上，在下拉菜單Hardw 中選擇flash單擊，然后選擇User Code File，點(diǎn)擊F1 打開瀏覽器，在備份文件夾中選擇所要安裝的文件 （如果是推壓SIP選擇pwcrow14.PGM 文件、如果是提升SIP選擇chihst02.PGM 文件、如果是回轉(zhuǎn)SIP選擇pwswing7.PGM、如果是AFE SIP 選擇af＿0bq17.PGM 文件），然后點(diǎn)擊OK 開始下載所要安裝的文件。

（6）從控制SIP數(shù)字信號(hào)處理器轉(zhuǎn)移到ZR 處理器程序的。在monitor 模式下，在下拉菜單Hardw 中 選 擇ZR 單 擊。

（7）如果還有安裝其他SIP數(shù)字信號(hào)處理器的程序，那么重復(fù) （3）、（4）、（5）和 （6）步驟。

（8）在下拉菜單Hardw 中選擇Reset，單擊Reset選擇Normal回車，進(jìn)行Normal復(fù)位，使得SIBAS Monitor監(jiān)控器在Normal狀態(tài)下。到此程序安裝完畢。

需要注意的是，只有在重新裝載ZR 處理器程序后，才需要設(shè)置IP 地址，必須做一次monitor復(fù)位：首先打開SIBAS Monitor 監(jiān)控器，在下拉菜單Hardw 中選擇Reset，單擊Reset選擇Monitor回車，進(jìn)行Monitor復(fù)位，使得SIBAS Monitor監(jiān)控器在Monitor狀態(tài)下。在下拉菜單Hardw中選擇flash 單擊，然后選擇Com.Driver，點(diǎn)擊F1 打開瀏覽器， 在備份文件夾中選擇CDZR0500.LOC文件，然后點(diǎn)擊OK 開始下載。在下拉菜單Hardw 中選擇flash 單擊，然后選擇Binary.File，點(diǎn)擊F1打開瀏覽器，在備份文件夾中選擇aeth.loc文件，然后點(diǎn)擊OK 開始下載到ZR 處理器，它與ZR 的用戶程序是一起的。其次在下拉菜單Hardw 中選擇Reset，單擊Reset選擇Monitor回車，進(jìn)行Monitor 復(fù)位，使得SIBAS Monitor 監(jiān)控器在Monitor狀態(tài)下。在下拉菜單Field中選擇IP Address，在屏幕下方出現(xiàn)IP Address，單擊回車，輸入IP 地址192.168.0.3 （SIBAS地址），回車，輸入子網(wǎng)掩碼255.255.255.0，回車，因?yàn)?95HR 電鏟沒有安裝無線網(wǎng)，所以不用設(shè)置網(wǎng)關(guān)。然后在下拉菜單Hard中選擇Reset，單擊Reset選擇Normal回車，進(jìn)行Normal復(fù)位，使得SIBAS Monitor監(jiān)控器在Normal狀態(tài)下，即恢復(fù)在正常狀態(tài)下。

［1］ 徐志平.395B電鏟整流再生部分故障的檢查及對(duì)策［J］.露天采礦技術(shù)，2013 （2）