SMS連鑄連軋生產(chǎn)線通訊電纜故障分析及處理

黃奇志 江新

摘 要：本文就銅陵有色銅冠銅材分公司SMS連鑄連軋生產(chǎn)線出現(xiàn)的鑄機(jī)塞棒電機(jī)出現(xiàn)的通訊電纜故障，簡要介紹了其控制原理等，并對此故障處理進(jìn)行了探討及總結(jié)。

關(guān)鍵詞：塞棒電機(jī);通訊電纜;故障

一、控制系統(tǒng)簡介

銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司銅冠銅材分公司，2013年引進(jìn)引進(jìn)德國SMS Meer公司的CR3500連鑄連軋銅桿生產(chǎn)線，其中配套美國Hazelett 雙帶鑄機(jī)。

鑄機(jī)中的塞棒電機(jī)（西門子1FK7080-5AF71-1UA0）的控制由西門子控制器U15， S120驅(qū)動電源模塊U35以及塞棒電機(jī)模塊U25實(shí)現(xiàn)。

塞棒電機(jī)具體電氣控制如下：

塞棒電機(jī)帶有編碼器（STOPPER ROD RESOLVER），即“旋轉(zhuǎn)變壓器”， 編碼器與控制單元之間由DRIVE-CLIQ通訊電纜連接。

二、故障情況描述：

2019年8月16日，2019年8月25日及2019年9月4日，先后出現(xiàn)三次鑄機(jī)塞棒電機(jī)通訊電纜故障，故障報警在操作臺上顯示為塞棒驅(qū)動故障（stopper drive fault）， 在控制器（U15）上顯示為F31885。

對于故障報警情況，根據(jù)西門子SINAMICS S120手冊，可以查看其故障和警告列表如下：

即表示編碼器與控制單元之間的DRIVE-CLIQ通訊有故障。

后更換通訊電纜后均正常。

三、故障原因分析：

三次故障均發(fā)生在鑄機(jī)正常停機(jī)，之后準(zhǔn)備生產(chǎn)時出現(xiàn)。

在第一次出現(xiàn)故障后，即更換了控制器U15， 塞棒電機(jī)模塊U25，另外更換了塞棒電機(jī)（內(nèi)裝配編碼器）整體。

在第三次出現(xiàn)故障后，又更換了S120驅(qū)動電源模塊U35。

2019年9月4日檢查故障的通訊電纜，發(fā)現(xiàn)靠近塞棒電機(jī)編碼器一側(cè)出現(xiàn)短路情況（編碼器的工作電壓線）。其另外4根信號線也短路。

另外，檢查此前的8月25日出現(xiàn)故障的通訊電纜，其故障情況和上面一樣。

解開通訊電纜，詳細(xì)查找故障點(diǎn)及故障情況，發(fā)現(xiàn)在靠近編碼器側(cè)約80cm處，六根線都明顯出現(xiàn)因過熱導(dǎo)致線纜絕緣層破壞的狀況，可見內(nèi)部銅絲裸露，所以六根線之間發(fā)生短路（1，2，3，6及A，B）。最后兩次都是一樣的故障，且故障點(diǎn)位置也差不多。

故此歸納起來發(fā)生編碼器通訊電纜故障情況為1、均發(fā)生在塞棒電機(jī)啟動時（此時約有1小時時間烘中包）;2、通訊電纜出現(xiàn)短路類故障，且短路點(diǎn)靠近塞棒電機(jī)側(cè)。所以需要分析什么原因?qū)е峦ㄓ嶋娎|短路。

出現(xiàn)通訊電纜短路，原因有外部高溫、擠壓等情況;或是大電流流過通訊電纜。所以需要重點(diǎn)分析此通訊電纜連接的器件即編碼器。

（一）、外部高溫、擠壓等情況

檢查損壞的通訊電纜，由于電纜外觀沒有異常，所以幾乎可以排除其外部高溫、擠壓等的可能。

（二）、大電流流過通訊電纜情況

對此需要分析編碼器Resolver。，編碼器Resolver實(shí)際上存在著兩個旋轉(zhuǎn)的變壓器，前一個變壓器的初級是固定在定子上的輸入線圈，次級是轉(zhuǎn)子上的第一個繞組。通過參考電源（Ref +/-）為輸入線圈施以正弦交變電流，Resolver 的轉(zhuǎn)子上就會因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生一個交變電流，由于這個變壓器的繞組中心是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線上的，因此無論其角度位置如何，轉(zhuǎn)子上感應(yīng)產(chǎn)生的電流都是相同的，也就是說，在轉(zhuǎn)子線圈回路中的兩個繞組上都會有一個固定的交變電流。

故障發(fā)生在塞棒電機(jī)得電的時候（在鑄機(jī)正常停機(jī)，之后準(zhǔn)備生產(chǎn)），有大電流流過通訊電纜。理論上分析有如下情況會導(dǎo)致此：

1、編碼器Resolver參考電源（Ref +/-）出現(xiàn)高壓，即在輸入線圈側(cè)本身就會產(chǎn)生大電流，同時會導(dǎo)致輸出線圈側(cè)產(chǎn)生高壓，并產(chǎn)生大電流。

2、如果接地有問題，會導(dǎo)致大電流流過通訊電纜。

3、編碼器Resolver本身出現(xiàn)故障。

對于第一種情況，則說明塞棒電機(jī)模塊U25有異常，如果這樣，那么應(yīng)該更可能在靠近U25側(cè)（在距離塞棒電機(jī)側(cè)約30米遠(yuǎn)處的控制室）的通訊電纜過熱短路。但是由于此模塊在第一次出現(xiàn)通訊電纜故障時即已經(jīng)更換過，且塞棒電機(jī)模塊U25自身有很多保護(hù)。另外檢查此模塊中DCP，DCN以及24VDC電壓正常，并且不至于出現(xiàn)在塞棒電機(jī)得電的時候。故此基本上可以排除。

第二種情況則是說明大電流不是出自塞棒電機(jī)模塊U25，那么可能在于塞棒電機(jī)側(cè)接地出現(xiàn)問題。

而且如果接地出現(xiàn)問題，將會導(dǎo)致感應(yīng)電壓，在編碼器Resolver中由于實(shí)際上存在著兩個旋轉(zhuǎn)的變壓器作用下，極有可能產(chǎn)生高壓及大電流，況且之前更換過塞棒電機(jī)，完全可能是沒有接好接地線。隨后對于接地進(jìn)行檢查，未見異常。

第三種情況則是說明編碼器Resolver中輸入線圈繞組近似短路，但是檢測其阻值正常，而且在換過新電纜后運(yùn)行正常一段時間。故此基本上也可以排除。

所以至此，對于造成通訊電纜故障的所有可能都進(jìn)行了排除，問題點(diǎn)并未找到。我們對于通訊電纜發(fā)生的故障位置，以及發(fā)生的時間段再次分析，并對于在此狀況下現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)此時間段正是天然氣烘烤澆包的過程。由于此時燒嘴的火焰是噴射狀態(tài)，塞棒電機(jī)離此距離不遠(yuǎn)，且因急于恢復(fù)生產(chǎn)，后來更換敷設(shè)的通訊電纜路徑未嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范要求，所以高溫可能導(dǎo)致電纜損壞。

為了驗(yàn)證此分析判斷，我們將一段通訊電纜放置在靠近澆包位置，在天然氣烘烤澆包后進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)通訊電纜綠色的絕緣外皮并沒有明顯變化，但是其內(nèi)部的電線絕緣已經(jīng)發(fā)生明顯老化，其中有些電線之間已經(jīng)粘接在一起而短路，這個試驗(yàn)驗(yàn)證了我們的分析判斷。

四、結(jié)論：

本文就銅冠銅材分公司SMS連鑄連軋生產(chǎn)線出現(xiàn)的鑄機(jī)塞棒電機(jī)通訊電纜故障，對其故障情況進(jìn)行描述，以及故障原因進(jìn)行分析，我們認(rèn)為此類故障有一定的隱蔽性，所以給故障處理帶來很大的難度。但是重點(diǎn)就通訊電纜發(fā)生的故障位置，以及發(fā)生的時間段分析，是我們此次處理故障的啟發(fā)。

通過本次故障處理，同時我們也給出相應(yīng)的對策，一是嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范要求，對于更換敷設(shè)的通訊電纜安裝在單獨(dú)的、夠強(qiáng)度的鋼管中，鋼管遠(yuǎn)離EMI及RFI電磁，離動力電纜一定的距離。二是通訊電纜路徑盡可能的短。三是增強(qiáng)通訊電纜的耐溫防護(hù)，即在與中包之間增加隔熱裝置，同時通訊電纜本身增加隔熱套管。

參考文獻(xiàn)：

[1]《Hazelett CR3500 Electrical System Mannul》.

[2]《SINAMICS S120/S150》.

[3]《Resolver 是怎么工作的 》.

作者簡介：

黃奇志，1967年6月，安徽桐城人，現(xiàn)供職銅陵有色銅冠銅材公司，高級技術(shù)主管，學(xué)士學(xué)位，研究方向電氣自動化。