CLECIM鋁箔軋機異常斷帶故障查找及分析

陳春杭

（廈門廈順鋁箔有限公司，福建廈門 361006）

1 CLECIM鋁箔軋機概述

本公司的粗軋機是由法國CLECIM公司生產的，是?260/?720--1700四重不可逆鋁箔軋機，其電氣配套公司為法國的阿爾斯通公司，于1997年調試結束投入生產。軋機配有7個與軋制工藝有關的閉環控制系統，即速度、張力、壓力、輥縫、噴液、彎輥及傾斜控制環。軋機可工作于四個工作方式，即軋制、穿帶、維護、換輥或等待，操作手可根據需要，在主操臺進行切換。軋機的控制系統由DDC、PLC、DS21、TPS、測厚系統、MCC、低壓配電等系統組成，其中DDC是上位機，與其他控制系統通過光纖通訊與以太網通訊相連接[1]，系統結構如圖1。

DDC系統的全稱為Direct Data Control System，DDC是整個控制系統的上位機(MASTER)，負責總的協調及通信處理，通訊方式有光纖通訊與以太網通信。DDC系統的操作系統是iRMX的，這是由Intel公司開發的一種操作系統，主要用在工業控制系統。DDC系統的功能包括：板卷預設、軋機的啟動與停止、速度控制、張力控制、卷徑計算等。

圖1 系統結構

PLC系統是由法國施耐德公司提供的，該系統采用PL7-3軟件，該軟件的最大優點是允許使用三種語言編寫程序（GRAFCET、Ladder和Literal語言），Grafcet是一種高級的圖表，用于自動的順序控制，例如換輥程序與自動上料或卸料；Ladder是邏輯語言，用于邏輯控制，也就是梯形圖；Literal則是一種文字描述語言，用于算術操作和數據操作[2]。

DS21系統，是由Davy公司提供的，主要負責鋁箔軋制時的工藝控制，主要功能有自動板形控制與自動厚度控制。

TPS系統的全稱為Thyristor Power Supply，也就是可控硅電源系統[3]，用于控制開卷機、機架、卷取機的直流電機，開卷機、機架、卷取機的直流電機都有兩臺，兩臺電機通過聯軸器串聯在一起，測速用的脈沖發生器裝在后面那臺直流電機的軸上。

MCC系統的全稱為Motor Control Centre，也就是馬達控制中心，用于控制現場的交流電機，如高壓泵電機、中壓泵電機、冷卻泵電機、過濾泵電機、稀油泵電機等。

測厚系統是用于測量出口鋁箔的厚度，將測到的厚度送到DS21系統進行自動厚度控制。

低壓配電主要是給各控制系統配電，如AC380V、AC220V、AC110V、DC24V等。

2 現象描述

當粗軋機開卷機卷徑到900 mm以下時，容易出現斷帶，起初只發生在坯料道次，且時有時無（有時一批料不會出現一次），后來逐漸頻繁，而且發展到2、3道次也會出現，發生斷帶時的開卷卷徑也逐漸變大，1 200 mm卷徑時也會出現。斷帶發生時，觀察不到軋機運行參數和電機運行參數的任何變化，每次只有1個由DDC（Master）發出來的“斷帶”報警信息。

3 解決過程

由于沒有任何明顯跡象，無法確定問題所在，所以只能采用排除的方法進行解決。排除項目簡述如下：

（1）檢查更換鋁箔斷帶檢測傳感器并檢查其線路，排除因自動檢測回路引起誤斷帶信號，而使斷箔刀誤動作造成的斷帶；檢查斷箔刀手動按鈕，排除因手動按鈕引起斷箔刀誤動作造成的斷帶；

（2）檢查工作輥、支承輥直徑（包括軋制線）以及其他軋制參數，排除操作參數輸入錯誤的因素；

（3）檢查機體內部，排除機械刮擦因素；

（4）檢查開卷機電機間的聯軸器，排除開卷機聯軸器的可能因素；

（5）檢查驅動部分所有電流、電壓波形，排除驅動部分狀態不好引起斷帶的可能；

（6）監控驅動部分電機電流、電壓、速度的變化情況，排除驅動控制不穩定因素；

（7）監控開卷機電機在弱磁狀態下的情況，排除在開卷機電機弱磁點不正常引起斷帶的可能；

（8）檢查測厚儀，排除因測厚儀不準，導致鋁箔突然變薄引起的斷帶；

（9）監測軋輥位置數據變化情況，排除位置環控制異常的可能；

（10）檢查帶尾竄層情況，排除來料松卷的可能；

（11）檢查坯料性能，排除坯料問題；

（12）重新啟動所有系統，排除因控制程序或控制參數變化引起斷帶的因素；

（13）檢查所有電機的電樞回路、勵磁回路的接線[4]及其脈沖發生器的接線，檢查緊固驅動部分控制系統接線以及接觸器接點，排除因驅動系統線路觸不良引起的斷帶；

（14）檢查所有傳動部分聯軸器及減速箱；

（15）檢查開、卷取機轉動慣量補償，排除動態補償方面的因素；

（16）先后更換軋制力及負彎輥力控制伺服閥，排除因伺服閥引起的軋制力或彎輥力波動的可能因素；

（17）先后更換DDC A/D轉換板以及模擬接口板，DS21系統D/A轉換板及接口板，排除因電路板引起的張力控制問題造成的斷帶；

（18）更換卷取機脈沖發生器，檢查其波形，排除卷取機兩個脈沖發生器狀態不好的可能性[5]；

（19）更換開卷機脈沖發生器，檢查其波形，以便排除開卷脈沖發生器狀態不好引起斷帶的可能性。但在更換開卷機脈沖發生器時，發現脈沖發生器與連接軸之間，配合不夠緊密，有打滑丟速的可能，經過驗證，這里就是問題的關鍵所在。

4 開卷電機脈沖發生器連接松動的原因

脈沖發生器（如圖2）安裝時，要用到尼龍軸套和卡箍（如圖3），這些都是配套的。

圖2 脈沖發生器

圖3 脈沖發生器的尼龍軸套與卡箍

2000年以前買的脈沖發生器，尼龍軸套內徑稍小，軸套厚度稍厚，與脈沖發生器的連接軸之間配合緊密，很容易用卡箍緊固，而之后買的脈沖發生器，軸套內徑稍大，軸套厚度偏薄，與脈沖發生器的連接軸之間配合較松，即使卡箍緊到位，也很難卡死，當受到電機高速沖擊時，脈沖發生器就有可能產生打滑丟速的現象。所以以前更換脈沖發生器時，都仍用舊的軸套，后來舊的軸套用完了就開始使用新軸套。該脈沖發生器大約使用了有半年的時間，剛開始不會有問題，但時間久了就會出現打滑丟速的現象。

5 帶尾斷帶的原因分析

開卷機、卷取機速度調節器[6]（在TPS驅動系統中）在張力狀態時，都工作在飽和狀態（如圖4速度調節器所示），電機電流的大小由DDC（Master）給出的電流基準值（CURRENT REF）來限制。圖中01模塊為PI（比例積分）調節器構成的速度調節器，02為電流限幅模塊，其輸出SAT為飽和數值，03和04組成飽和度監測程序，它會產生一個速度調節器是否工作在飽和狀態的邏輯信號，并傳輸給DDC（Master）。

圖4 速度調節器

速度調節器工作狀態主要取決于其3個輸入（其中△N始終為0，大部分設計為張力狀態下投入一個適當的負值），只要3個輸入的代數和不為0，速度調節器肯定為飽和狀態。對開卷機來說，正常情況下，速度基準SLOPED N REF（來自DDC）值比較小，速度反饋N MEA?SURE值比較大（被動轉動），速度調節器工作在負的飽和狀態，但當開卷側斷帶或開卷機電機脈沖發生器異常丟速時，都會出現SLOPED N REF＞N MEASURE的情況，此時速度調節器會退出飽和狀態，通過03模塊就會發出速度調節器不飽和狀態的邏輯信號（1→0），經04模塊的短暫延時（40 ms）后傳輸給DDC（Master）。

當DDC（Master）接到速度調節器不飽和狀態的邏輯信號后，經過邏輯運算會發出一個“斷帶”信號，當“斷帶”信號一經發出，軋機就會出現快速停車、測厚儀關閉、前后張力開環（不受控制）等一連串的響應，原有的張力平衡被打破，即使并沒有真的發生斷帶，也往往會造成斷帶（此時即使沒有斷箔刀，也照樣會被拉斷，只是有斷箔刀會更安全）。

6 結論

開卷機電機脈沖發生器與連接軸之間配合不夠緊密，當開卷卷徑逐漸變小時，開卷速度會越來越快，轉速快到一定程度時脈沖發生器出現了打滑丟速現象，致使開卷電機速度調節器退出飽和狀態，從而使DDC（Master）系統誤發出“斷帶”信號，“斷帶”信號發出后，軋機原有的張力平衡狀態被打破，最終導致斷帶。更換脈沖發生器的軸套，并加工一批尼龍軸套以做備用。

［1］吳興勇.實用網絡技術［M］.北京：中國農業大學出版社，2015.

［2］彭利標，徐耀生，王芯.可編程控制器原理及應用［M］.西安：西安電子科技大學出版社，1999.

［3］馬雯梅.電工手冊［M］.上海：上?？茖W技術出版社，1993.

［4］（塞爾維亞）烏克塞維克.余龍海，劉光軍，廖育武譯.電機［M］.北京：機械工業出版社，2015.

［5］葉瑰昀.自動控制元件［M］.哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2002.

［6］任志斌.電動機的DSP控制技術與實踐［M］.北京：中國電力出版社，2012.