QCS 系統(tǒng)灰分傳感器故障處理案例

朱 勇 戴樂玉 梁躍明

(民豐特種紙股份有限公司，浙江嘉興，314000)

灰分是紙張燃燒后留下的殘渣，其主要成分是碳酸鈣、鈦白粉等。民豐特種紙股份有限公司18#造紙機(jī)QCS質(zhì)量控制系統(tǒng)采用的是ABB Accuray 1190系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包含了定量、灰分、水分、不透明度等的在線測量。該生產(chǎn)線主要生產(chǎn)卷煙紙，其中灰分含量是一個比較關(guān)鍵的指標(biāo)。本文介紹了灰分傳感器的原理及結(jié)構(gòu)，并分析了一起典型的灰分傳感器故障案例，希望能為其他企業(yè)提供一定的借鑒。

1 灰分傳感器測量原理及結(jié)構(gòu)

1.1 灰分傳感器測量原理

灰分傳感器的結(jié)構(gòu)及測量原理與定量傳感器基本一致，主要由一個X射線源組件、一個快門和一個接收器組成。X射線源裝在下探頭 (源探頭)內(nèi)部，射線接收器安裝在上探頭 (探測頭)內(nèi)部，紙張從中間穿過［1］。灰分的測量主要根據(jù)X射線穿過紙張后一部分被紙張吸收，被吸收的多少與紙張的灰分含量成一定關(guān)系的原理進(jìn)行測量［2-3］，見圖1。X射線的能量分布在特定成分 (如碳酸鈣)下隨著電離輻射強(qiáng)度變化，呈現(xiàn)指數(shù)級衰減。通過選擇電離強(qiáng)度 (射線管高壓控制)和利用衰變頻譜成型分布規(guī)律實現(xiàn)灰分含量的測量。

圖1 X射線衰變頻譜成型分布規(guī)律［2］

灰分傳感器具體測量原理如圖2所示。由圖2可知，在真空中，通過高壓激發(fā)高速運(yùn)動的電子轟擊金屬靶時，金屬靶就釋放出X射線，產(chǎn)生的X射線穿過紙張后，一部分被紙張吸收，另一部分穿過紙張，在接收頭的Pbs上通有800 VDC的高壓，穿過紙張的X射線在Pbs上形成微弱的電流信號，經(jīng)過放大及I/U轉(zhuǎn)換，變?yōu)?～10 VDC電壓信號，再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送至計算機(jī)進(jìn)行處理，計算出紙張的灰分含量。

圖2 灰分傳感器的測量原理

1.2 灰分傳感器的結(jié)構(gòu)

灰分傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3所示。由圖3可知，在灰分傳感器的上下各有一臺空氣加熱器 (圖3中的C)，對灰分傳感器間隙中的壓縮空氣進(jìn)行加熱，使傳感器兩邊的空氣均保持在相同溫度下。傳感器兩邊空氣溫度一致的目的主要有兩個:一方面可以避免由于通過傳感器兩邊的紙張存在溫度差而在探頭上結(jié)露，尤其在冬天更為嚴(yán)重，影響灰分的測量;另一方面避免紙張兩邊不同的溫度傳遞到灰分傳感器上，導(dǎo)致傳感器本身兩端存在溫度差，從而影響灰分的測量。因此如果灰分的測量長期存在漂移現(xiàn)象，或者漂移量增大，需要檢查吹熱風(fēng)系統(tǒng)的工作是否正常。

圖3 灰分傳感器結(jié)構(gòu) (源)

2 故障現(xiàn)象及處理過程

民豐特種紙股份有限公司卷煙紙生產(chǎn)線的QCS系統(tǒng)灰分傳感器在運(yùn)行過程中曾出現(xiàn)一次故障，這次故障現(xiàn)象主要是在灰分傳感器上無灰分?jǐn)?shù)值顯示。

為尋找故障產(chǎn)生的原因，用工作站連接QCS系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)灰分傳感器 (源)警報溫度超限，但溫度顯示為常溫。于是將源探頭取出，打開發(fā)現(xiàn)陶瓷加熱器表面焦黃，表明其曾經(jīng)高溫過，用萬用表測量發(fā)現(xiàn)加熱器為開路，因而判斷加熱器已損壞;另外發(fā)現(xiàn)傳感器接口板 (SEI)上也有過熱痕跡。在更換加熱器后重新上機(jī)，但通電后發(fā)現(xiàn)源探頭溫度持續(xù)走高，而且探頭處有煙冒出;立刻斷電并將源探頭取出，發(fā)現(xiàn)SEI板上已燒了個大洞，因而懷疑信號處理板 (ECS板)可能存在故障，導(dǎo)致持續(xù)加熱造成電路板燒壞的可能性很大。將ECS板及SEI板同時更換后再進(jìn)行上機(jī)試驗，報警故障消除，但出現(xiàn)了新的問題:源探頭加熱溫度呈正弦曲線波動 (見圖4，其中黑線為源探頭，白線為探測頭)，波動范圍在10%左右。

圖4 源探頭加熱溫度故障曲線

圖5 源探頭加熱溫度正常曲線

為排查源探頭的溫度波動問題，先調(diào)節(jié)加熱PID參數(shù)、調(diào)節(jié)壓縮空氣氣壓、將上下探頭SEI板對換，上下探頭加熱器對換，更換掃描頭接口板，上下探頭節(jié)氣閥對換，均未發(fā)現(xiàn)有異常，且故障現(xiàn)象依舊存在。于是決定對傳感器高壓電源板內(nèi)的氣路進(jìn)行解體，在狹小的氣路內(nèi)發(fā)現(xiàn)了陶瓷加熱器的碎片，將碎片取出，并對氣路進(jìn)行了清潔，全部裝好后進(jìn)行上機(jī)，傳感器恢復(fù)了正常，正常曲線如圖5所示。

3 結(jié)語

回顧整個故障的過程，造成故障的原因主要是由于ECS板輸出端口故障，導(dǎo)致加熱器持續(xù)加熱，因而將加熱器燒裂，由于氣流作用，使加熱器的碎片隨氣流進(jìn)入高壓板的狹小氣路里，從而使得了源探頭溫度出現(xiàn)了波動，引起故障。

［1］ HU Lian-hua，LI Xin-ping，TANG Wei．A Kind of BW Sensor with Wide Range and High Accuracy［J］．China Pulp ＆ Paper，2011，30(2):46．胡連華，李新平，湯 偉．一種大范圍高精度定量傳感器［J］．中國造紙，2011，30(2):46．

［2］ ABB大學(xué)-北京培訓(xùn)中心．C235(ABB網(wǎng)絡(luò)掃描架)．

［3］ TANG Yan，SUN You-xian．The Measuring and Control of Paper Ash Content［J］．China Pulp ＆ Paper，1996，15(5):48．唐 晏，孫優(yōu)賢．造紙過程灰分測量與控制［J］．中國造紙，1996，15(5):48．