真空油淬爐干擾故障分析與研究

江智軒，胡輝

昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 江西景德鎮(zhèn) 333002

1 序言

近年來(lái)，隨著熱處理設(shè)備自動(dòng)化程度越來(lái)越高，電氣系統(tǒng)也越發(fā)復(fù)雜，在運(yùn)行過(guò)程中電磁環(huán)境和電磁干擾問(wèn)題也日漸突顯[1]，因此熱處理設(shè)備電氣系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。

2 故障現(xiàn)象

一臺(tái)立式真空油淬爐在移動(dòng)零件油淬時(shí)，執(zhí)行零件上升/下降的機(jī)構(gòu)會(huì)偶發(fā)出現(xiàn)運(yùn)行緩慢或無(wú)動(dòng)作的情況，電氣柜內(nèi)控制升降機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的變頻器出現(xiàn)報(bào)警、設(shè)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(bào)警。零件升降機(jī)構(gòu)如圖1、圖2所示，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)進(jìn)行零件升降料臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)。

圖1 零件升降料臺(tái)

圖2 升降電動(dòng)機(jī)

3 故障分析與處理

該設(shè)備自動(dòng)化程度較高，所有的邏輯電氣動(dòng)作都是以西門子S7-300 PLC為核心進(jìn)行控制。零件升降料臺(tái)正常的運(yùn)行步驟為當(dāng)操作人員在操作面板上按下上升/下降按鈕后，升降電動(dòng)機(jī)抱閘松開，由變頻器起動(dòng)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，通過(guò)減速機(jī)執(zhí)行升降機(jī)構(gòu)的上下運(yùn)動(dòng)，如圖3、圖4所示。

圖3 S7-300PLC

圖4 升降電動(dòng)機(jī)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(jī)構(gòu)上下運(yùn)行時(shí)無(wú)異常聲音，故首先可以排除升降機(jī)構(gòu)機(jī)械部分存在問(wèn)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(diǎn)。

1）針對(duì)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(diǎn)接觸不良或控制線圈信號(hào)異常導(dǎo)致的，從而造成運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)反復(fù)處于抱閘狀態(tài)，使運(yùn)行異常。

2）針對(duì)S7-300PLC的 BF報(bào)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(guān)的硬件組態(tài)問(wèn)題造成的CPU狀態(tài)異常，從而導(dǎo)致設(shè)備整個(gè)控制系統(tǒng)異常。

3）由于變頻器產(chǎn)生的報(bào)警與CPU報(bào)警同時(shí)出現(xiàn)，查閱相關(guān)資料顯示同為通信故障，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行判斷是由于PLC出現(xiàn)的BF報(bào)警導(dǎo)致。

因此，針對(duì)故障原因，需進(jìn)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(wèn)題。測(cè)量接觸器線圈電壓信號(hào)，出現(xiàn)異常時(shí)電壓信號(hào)時(shí)有時(shí)無(wú)，而接觸器的動(dòng)作是由PLC進(jìn)行控制，故障點(diǎn)轉(zhuǎn)向PLC。

2）使用西門子Step7軟件對(duì)設(shè)備PLC進(jìn)行在線監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)在變頻器未起動(dòng)前PLC都可正常通信監(jiān)控，但變頻器起動(dòng)后，一旦故障現(xiàn)象出現(xiàn)，則PLC立刻無(wú)法正常通信，顯示總線通信錯(cuò)誤，無(wú)法在線監(jiān)控PLC內(nèi)部變量。通過(guò)Step7硬件診斷功能進(jìn)行診斷，每次出現(xiàn)的報(bào)錯(cuò)信息都均不一致，呈無(wú)規(guī)律性地發(fā)生，故初步判斷設(shè)備電氣系統(tǒng)部分可能存在電氣干擾，影響PLC的正常運(yùn)行。通過(guò)硬件組態(tài)功能發(fā)現(xiàn)該設(shè)備存在一個(gè)總站及3個(gè)從站（PLC主站，變頻器、歐陸溫度信號(hào)采集單元及溫度控制輸出單元3個(gè)從站），通過(guò)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(gè)從站均使用西門子標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS-DP接頭進(jìn)行連接，如圖6所示。首先對(duì)每個(gè)從站的250Ω終端電阻進(jìn)行檢測(cè)無(wú)異常后，使用排除法對(duì)每個(gè)站與站間的通信情況單獨(dú)進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)終端電阻的ONOFF撥扭對(duì)每段站點(diǎn)的通信單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試[2]，發(fā)現(xiàn)在歐陸溫度信號(hào)采集單元站點(diǎn)通信存在異常情況，將上一站點(diǎn)的終端電阻撥成ON（即屏蔽該站點(diǎn)）后，多次測(cè)試設(shè)備的升降機(jī)構(gòu)均能夠正常運(yùn)行，故確定故障原因在于歐陸溫度信號(hào)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(hào)采集模塊

拆開歐陸溫度信號(hào)采集模塊處的PROFIBUS-DP接頭進(jìn)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(dǎo)致該處屏蔽性能不佳。變頻器屬于一個(gè)高頻電器，在整流電路會(huì)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(dǎo)致電壓波形發(fā)生畸變，這種畸變的電壓極容易對(duì)儀表等系統(tǒng)形成干擾。而變頻器與歐陸溫度信號(hào)采集模塊又通過(guò)總線連接在一起，變頻器一旦起動(dòng)，下一站點(diǎn)屏蔽性能不佳，就容易對(duì)整個(gè)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(jìn)行零件升降機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)測(cè)試，往復(fù)數(shù)十次均未出現(xiàn)原偶發(fā)的各類報(bào)警，零件升降機(jī)構(gòu)均正常執(zhí)行動(dòng)作，設(shè)備恢復(fù)正常使用狀態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

電氣干擾是時(shí)刻存在于設(shè)備周圍的，此案例就是較為典型的因屏蔽不良所導(dǎo)致的電氣干擾故障，對(duì)后續(xù)處理類似故障時(shí)有較好的借鑒意義。由于熱處理設(shè)備的特殊性，一次加工時(shí)間長(zhǎng)，加工過(guò)程要求穩(wěn)定可靠，所以熱處理設(shè)備在設(shè)計(jì)、制造、安裝過(guò)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。