WK-35挖掘機(jī)變頻系統(tǒng)光纖觸發(fā)故障分析

周 榮

（太原重工股份有限公司，山西 太原030024）

引言

近年來，WK-35變頻挖掘機(jī)在國內(nèi)外大型露天礦得到廣泛使用，其電氣系統(tǒng)采用“上位機(jī)人機(jī)界面+PLC現(xiàn)場總線+變頻傳動”組成的三級控制系統(tǒng)。變頻器采用西門子6SE70系統(tǒng)與西門子S120系統(tǒng)。在挖掘機(jī)的運(yùn)行中，頻繁出現(xiàn)與觸發(fā)回路相關(guān)的故障，經(jīng)常采用更換相關(guān)模塊備件來解決故障，在時間與經(jīng)濟(jì)上造成了很大的浪費(fèi)。本文從觸發(fā)回路原理、影響光纖觸發(fā)因素、處理方法及經(jīng)典故障等方面對變頻器系統(tǒng)光纖觸發(fā)故障進(jìn)行深入分析，對此類故障的處理提出更優(yōu)的解決方案。

1 變頻器觸發(fā)回路

1）6SE70變頻器觸發(fā)回路是由控制模塊CUVC發(fā)出觸發(fā)指令，經(jīng)由接口模塊IVI發(fā)出光纖觸發(fā)信號，到觸發(fā)模塊IGD，從而控制IGBT的導(dǎo)通。同時觸發(fā)模塊IGD將IGBT的Uce保護(hù)信號經(jīng)接口模塊IVI傳回到控制模塊CUVC，完成整個觸發(fā)過程。觸發(fā)模塊IGD的電源是由電源模塊PSU2提供的DC15V，詳見圖1。

圖1 6SE70變頻器觸發(fā)回路

2）S120變頻器觸發(fā)原理與6SE70觸發(fā)原理類似，區(qū)別在于接口模塊與電源模塊集成在接口模塊CIM上，觸發(fā)模塊IGD的電源是DC24V，詳見圖2。

圖2 S120變頻器觸發(fā)回路

2 光纖觸發(fā)故障原因

通過對觸發(fā)回路的框圖分析，觸發(fā)回路故障主要由控制模塊、接口模塊、觸發(fā)模塊、電源模塊、功率模塊以及控制模塊與接口模塊之間的連接、觸發(fā)光纖等引發(fā)，而由光纖觸發(fā)引起的故障占比最大。

光纖具有防電磁干擾，耐溫性、抗化學(xué)腐蝕與抗氧化性強(qiáng)，傳輸速率快等特點(diǎn)，在變頻器中得到廣泛的使用。

WK-35變頻挖掘機(jī)主要用于大型的露天礦，露天礦上振動大、灰塵大、電網(wǎng)不穩(wěn)定的工況是影響變頻器正常運(yùn)行的主要因素。電網(wǎng)不穩(wěn)定對光纖的影響比較小，振動與灰塵會導(dǎo)致光纖折斷、光纖皮磨破漏光、光纖頭粘灰，光纖接頭座松動、光纖接頭座內(nèi)部進(jìn)灰。任何東西都是有壽命的，光纖及其相關(guān)元件因工況的原因，大約10年左右的時間就會進(jìn)入老化期。這一系列的影響都會導(dǎo)致相應(yīng)光路上的信號發(fā)送與接受強(qiáng)度下降，從而使IGBT柵極驅(qū)動信號不穩(wěn)定，輕則引發(fā)觸發(fā)故障，重則引起炸機(jī)事故。

3 經(jīng)典故障

3.1 6SE70系統(tǒng)

1號AFE與2號AFE在高壓啟動后，控制面板均顯示開機(jī)封鎖（008）狀態(tài)。通過設(shè)置參數(shù)P555、P556、P557全部改為1，即取消急停信號的限制，依舊顯示開機(jī)封鎖（008）狀態(tài)，判斷該故障與外部急停信號無關(guān)，是柜內(nèi)觸發(fā)回路故障。先處理1號AFE，柜內(nèi)的積灰特別嚴(yán)重，對柜內(nèi)進(jìn)行清潔處理，嘗試更換控制模塊、接口模塊、電源模塊，故障均未消除。在通電時發(fā)現(xiàn)U相的Uce保護(hù)反饋信號特別弱，判斷觸發(fā)模塊故障的可能性大。因更換觸發(fā)模塊的工作量相當(dāng)大，故先使用無水酒精對光纖頭進(jìn)行清潔，再使用針管灌滿無水酒精，對觸發(fā)模塊上的光纖頭座內(nèi)部進(jìn)行細(xì)致沖刷清潔，內(nèi)部長期積灰，酒精沖出來的均是黑色的液體。恢復(fù)后，通電，開機(jī)封鎖故障解除。2號AFE與1號AFE故障現(xiàn)象類似，使用同樣的方式處理后，設(shè)備正常運(yùn)行。

3.2 S120系統(tǒng)

挖掘機(jī)是在相對重載的情況下，ALM報F06200（主電源相位故障）與F30017（硬件電流限制響應(yīng)過于頻繁）。柜內(nèi)積灰比較嚴(yán)重，對柜內(nèi)進(jìn)行清潔處理，觀察硬件變化，故障發(fā)生時，1號CIM接口模塊指示燈變紅，更換同版本型號的CIM接口模塊，故障未消除。對W相并聯(lián)電流實(shí)際值在線做Trace，見圖3，從并聯(lián)電路W相電流實(shí)際值曲線上看出，1號ALM與2號ALM的W相均只有半個橋臂觸發(fā)，判斷觸發(fā)回路故障。因更換POWERBLOCK模塊工作量相當(dāng)大，故先使用無水酒精對光纖頭與光纖接頭座進(jìn)行細(xì)致清潔，恢復(fù)后啟動設(shè)備，對1號ALM與2號ALM并聯(lián)電路W相電流實(shí)際值做Trace，見圖4，觸發(fā)正常。試車運(yùn)行，故障解除。

圖3 故障狀態(tài)下W相電流實(shí)際值曲線

圖4 正常狀態(tài)下W相電流實(shí)際值曲線

4 解決方案

4.1 故障代碼

通過變頻器的控制面板查看故障代碼，可以判斷是否是與觸發(fā)相關(guān)的故障。6SE70系列變頻器的相關(guān)故障代碼有開機(jī)封鎖（008）、F011、F025、F026、F027、F029等；S120變 頻 器 的 相 關(guān) 故 障 代 碼 有F30001、F30017、F30022等[1-2]。

4.2 處理方法

在出現(xiàn)光纖觸發(fā)故障時，通過對故障代碼的分析，進(jìn)行逐步排查處理。

1）清潔柜內(nèi)的灰塵，對光纖接頭、光纖座及相關(guān)模塊使用無水酒精進(jìn)行細(xì)致清潔。

2）對光纖接口進(jìn)行緊固處理，在長期的運(yùn)行過程中，振動會導(dǎo)致接口松動。

3）使用無水酒精對控制模塊、接口模塊、電源模塊、觸發(fā)模塊進(jìn)行細(xì)致清潔，并通過肉眼查看是否有燒壞痕跡，若有燒壞痕跡，則斷定該模塊損壞。但通過肉眼觀察存在一定的局限性，必要時逐步更換相關(guān)模塊，來進(jìn)一步判定。

經(jīng)過相關(guān)處理后，可通過給變頻器直流側(cè)接入DC 24 V電壓，進(jìn)行模擬運(yùn)行，判斷觸發(fā)回路是否恢復(fù)正常。

5 結(jié)語

在露天礦的挖掘過程中，灰塵是導(dǎo)致挖掘機(jī)變頻系統(tǒng)觸發(fā)故障的主要因素，故在此類故障處理過程中，應(yīng)首先對柜內(nèi)進(jìn)行細(xì)致清潔，可在故障處理過程中達(dá)到事半功倍的效果，降低故障處理的成本與耗時，提高效率，精準(zhǔn)解決故障。