ZL29成型機膠水泵溫度異常故障分析與處理

徐 敏，李超華，奚達炫

（廣東中煙有限責任公司廣州卷煙廠，廣東 廣州510000）

1 故障現象

ZL29型纖維濾棒成型機組[1]是在德國HAUNI公司AF-KDF4的基礎上消化吸收并制造的新一代濾棒生產設備，分YL19型纖維開松上膠機和YL29型纖維濾棒成型機兩部分，如圖1所示，運轉速度可高達600 m/min（是迄今單通道纖維濾棒成型設備的最高速度）。其采取了全新的設計理念，大部分的操作都是在VISU（圖文顯示系統）上完成的。除了控制機器運行功能的操作面板外，還可以查看生產/質量統計分析、診斷信息及在線服務幫助，進行參數設置、助手功能等，功能十分強大。

圖1 ZL29機組外觀圖

如圖2所示，ZL29成型機組在正常運行時，電機M216通過一根齒形帶驅動熱熔膠泵將膠水從熱熔膠罐輸送到熱熔膠噴嘴并作用到紙上封口處。同時熱熔膠經過的路徑上有以下幾處被加熱：熱熔膠罐中的加熱器E100將膠粒熔化后流入熱熔膠室并通過加熱器E110繼續被加熱；熱熔膠泵（加熱器E120）將膠水通過膠水軟管（加熱器E130）輸送到熱熔膠噴嘴（加熱器E140）；噴嘴噴涂到紙封封口處被導紙板裝置（加熱器E150）導向至濾棒成型處。但是，實際運行中，VISU經常顯示封口膠水泵溫度異常故障。正常狀態下，膠水泵溫度應保持在設定值120℃20℃左右，異常狀態下，膠水泵溫度驟然上升，飆至160℃以上，有時甚至超過200℃造成機臺溫度超限停機（系統設定實際溫度與設定溫度相差35℃以上時停機），見圖3。

圖2 供膠裝置結構圖

圖3 溫度超限時系統報錯停機

2 故障分析及解決

機組控制系統以倍福控制器為核心，采用了新一代的工業控制技術，內部網絡由EtherCAT以太網、Profibus-DP、AMK 的 CAN SYNC-BUS、AMK 的AC-BUS組成。圖4為ZL29整機接口和總線概覽。其中Profibus-DP（PB-DP）現場總線是整機設備的控制網絡，負責控制指令的傳輸和現場I/O狀態的采集。

圖4 ZL29機組接口和總線概覽

控制系統接收現場采集數據后，顯示至VISU人機操作界面，并經處理下達指令送至各相關執行機構。此過程涉及軟件組態、硬件組態、繼電器、檢測元件、執行元件、傳輸電纜等多項內容。

封口膠水泵溫度控制系統中，信號的傳遞經4個環節，各環節過程層層銜接，形成一條完整的控制環路（見圖5）。根據該控制環路可大體判斷，封口膠水泵溫度異常可能存在的原因有：（1）執行元件故障；（2）檢測元件故障；（3）傳輸線路故障；（4）現場分布輸入輸出模塊ET 200S故障；（5）PLC及Beckhoff中央控制模塊故障；（6）內部控制程序故障。

圖5 控制環路

以上任意故障都可導致封口膠水泵溫度異常。排查故障點時按照信號傳遞方向，結合PLC及各元器件等相關知識，依次檢查逐級排除，有效定位出故障點后再予以消除解決。

2.1 執行元件

封口膠水泵溫度升高，有可能是執行元件加熱器發生故障，不停加溫。查閱《ZL29型纖維濾棒成型機組電控系統》可知，電機驅動熱熔膠泵將膠水從熱熔膠罐輸送到熱熔膠噴嘴并作用到紙上封口處，熱熔膠經過的路徑分別有加熱器E100、EI10、E120和E130加熱防止膠水固化，E120即是我們需查找的膠水泵加熱器。

如果膠水泵溫度線性升高，則需檢測E120是否損壞，其連接線路是否正常，但據觀察，VISU顯示故障現象為溫度驟變，直接從140℃升至160℃，甚至200℃以上，考慮到實際情況，基本可以排除加熱器故障。

2.2 檢測元件

根據顯示溫度驟變現象判斷，封口膠水泵的溫度傳感器可能出現故障。查閱《ZL29型纖維濾棒成型機組電控系統》中的檢測元器件表發現，膠水泵溫度由鉑電阻R120檢測，型號為Pt100。Pt100溫度傳感器是一種以鉑（Pt）做成的電阻式溫度檢測器，穩定性和線性較好，可工作在-200℃至650℃范圍，其電阻和溫度的變化關系式如下：R=R0（1+aT），其中a=0.00392，R0為100 Ω（0℃時的電阻值），T為攝氏溫度。Pt100鉑電阻RT曲線如圖6所示。

圖6 Pt100鉑電阻RT曲線圖

此時需用萬用表檢測膠水泵溫度傳感器R120，若測得的阻值相對應的溫度與當時顯示的膠水泵溫度基本相符，在允差范圍內，則可說明膠水泵溫度傳感器R120正常，不是造成膠水泵顯示溫度異常的要因。如若檢測到阻值與溫度對應值偏差較大，則需更換鉑電阻，更換時注意型號是否匹配。如圖7、8所示為實際操作中利用數字萬用表檢測電阻值，測得的電阻值為139.6 Ω，設備顯示的溫度為103℃，基本對應，故可判斷鉑電阻正常。

圖7 檢測R120阻值

圖8 測得R120阻值

2.3 傳輸線路

線路傳輸（圖9）出現故障也有可能造成溫度顯示發生驟變。檢查R120溫度檢測器出線端子的插針與插孔，看是否存在松動，連接不牢，或者老化、異物堵塞等現象。可用風槍清潔孔內異物，然后再用電子元件專用清洗劑對端子的插針與插孔進行清潔，如圖10所示，安裝時注意加固端子的連接，反復確認，保證R120溫度傳感器出線端子線路連接效果。

圖9 供膠裝置及其線路

圖10 清潔插針及插孔

排查完R120溫度檢測器出線端子線路后，若故障依然存在，則不是造成膠水泵溫度顯示異常的原因。

2.4 ET 200S I/O模塊

查閱相關電氣原理圖[2]，見圖11，可發現膠水泵溫度傳感器R120測得的溫度作為模擬量輸入給了現場分布式子站A320-A14模塊。

圖11 封口膠水泵部分電氣原理圖

因為ZL29采用了現場總線控制系統，所以YL29配置了一些現場分布式子站（見表1）。子站A320傳輸采集到的膠水泵溫度模擬量至PLC，經處理后輸出控制加熱器E120，實現封口膠水泵溫度的平衡與穩定。

表1 現場分布式子站列表

判斷方法為：首先檢查A320-A14分布式I/O模塊的接線端子，看連線是否均正常，是否有松動或接觸不良。由于ET 200S對安裝及運行環境有一定要求，在機器運行當中，產生的振動及飛塵有可能致使A320-A14模塊與底座接觸不良，造成信號傳輸故障。可將A320-A14模塊及其底座拆卸并用專用清潔劑噴灑清潔，如圖12、13所示，同時為了預防其他模塊也存在同樣問題，對其他模塊和底座也可以一起進行清潔，注意重新安裝時應緊固，確認連接效果。

圖12 拆除I/O模塊及底座

圖13 清潔A320-A14模塊

2.5 PLC及Beckhoff控制模塊

如若經過上述步驟排查后，故障依然存在，則可以懷疑故障是由PLC及Beckhoff控制模塊引起。

PLC及Beckhoff具有很高的可靠性，根據經驗發生故障的部位大多集中在輸入輸出部件上。而且它們具有一定的自檢能力，在系統運行周期中都有自診斷處理階段，抗干擾能力強，本身一般不會出問題。但由于外部電路設計缺陷，負載短路或過流、環境條件惡劣等，可使其內部損壞、程序混亂、動作失誤等。

首先可檢查該模塊的輸入輸出，觀察信號燈是否正常，并用萬用表檢查輸入輸出是否正常。若是硬件出現問題，則更換該模塊；若是軟件故障，則需對該模塊進行重新復位或加載程序等步驟，詳細可見PLC[3]及 Beckhoff操作手冊[4]，在此不贅述。

2.6 實際故障處理

按照以上順序，對故障設備的原因部件進行檢查，在對ET 200S I/O模塊檢查安裝好后，整理檢查確認無誤上電，等待溫度的回升，一切就緒正常開機后觀察封口膠水泵溫度顯示發現恢復正常，無報警狀態等故障信息，持續跟蹤機臺一段時間的生產情況，發現無此異常現象報出，至此故障解決。

3 結束語

通過對ZL29成型機膠水泵溫度異常故障產生的原因進行分析，結合現場實際排查故障并處理，能快速有效解決此類問題。由于成型機組工作環境粉塵較大，并存在一定的振動，有可能導致線路松動，部件虛接，引發各類故障，故在機臺生產和日常保養中，應對線路接口、敏感部件等做好清潔保養處理，并定期檢查是否有線路接口松動，及時緊固，降低元件故障率，有效提高機臺運轉率，保證生產正常。

由這次故障處理過程可發現，多數電子元器件比較敏感脆弱。若想延長其正常工作時間，需定期對其檢查維護清潔保養，特別是平時生產中故障頻率高的元件，應予以密切關注。降低元件故障率，能有效提高機臺運轉率，保證生產正常。