ZL29成型機(jī)膠水泵溫度異常故障分析與處理

徐 敏，李超華，奚達(dá)炫

（廣東中煙有限責(zé)任公司廣州卷煙廠，廣東 廣州510000）

1 故障現(xiàn)象

ZL29型纖維濾棒成型機(jī)組[1]是在德國(guó)HAUNI公司AF-KDF4的基礎(chǔ)上消化吸收并制造的新一代濾棒生產(chǎn)設(shè)備，分YL19型纖維開松上膠機(jī)和YL29型纖維濾棒成型機(jī)兩部分，如圖1所示，運(yùn)轉(zhuǎn)速度可高達(dá)600 m/min（是迄今單通道纖維濾棒成型設(shè)備的最高速度）。其采取了全新的設(shè)計(jì)理念，大部分的操作都是在VISU（圖文顯示系統(tǒng)）上完成的。除了控制機(jī)器運(yùn)行功能的操作面板外，還可以查看生產(chǎn)/質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析、診斷信息及在線服務(wù)幫助，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、助手功能等，功能十分強(qiáng)大。

圖1 ZL29機(jī)組外觀圖

如圖2所示，ZL29成型機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)，電機(jī)M216通過(guò)一根齒形帶驅(qū)動(dòng)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(shí)熱熔膠經(jīng)過(guò)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(guò)加熱器E110繼續(xù)被加熱；熱熔膠泵（加熱器E120）將膠水通過(guò)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(dǎo)紙板裝置（加熱器E150）導(dǎo)向至濾棒成型處。但是，實(shí)際運(yùn)行中，VISU經(jīng)常顯示封口膠水泵溫度異常故障。正常狀態(tài)下，膠水泵溫度應(yīng)保持在設(shè)定值120℃20℃左右，異常狀態(tài)下，膠水泵溫度驟然上升，飆至160℃以上，有時(shí)甚至超過(guò)200℃造成機(jī)臺(tái)溫度超限停機(jī)（系統(tǒng)設(shè)定實(shí)際溫度與設(shè)定溫度相差35℃以上時(shí)停機(jī)），見圖3。

圖2 供膠裝置結(jié)構(gòu)圖

圖3 溫度超限時(shí)系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)停機(jī)

2 故障分析及解決

機(jī)組控制系統(tǒng)以倍福控制器為核心，采用了新一代的工業(yè)控制技術(shù)，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)由EtherCAT以太網(wǎng)、Profibus-DP、AMK 的 CAN SYNC-BUS、AMK 的AC-BUS組成。圖4為ZL29整機(jī)接口和總線概覽。其中Profibus-DP（PB-DP）現(xiàn)場(chǎng)總線是整機(jī)設(shè)備的控制網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)控制指令的傳輸和現(xiàn)場(chǎng)I/O狀態(tài)的采集。

圖4 ZL29機(jī)組接口和總線概覽

控制系統(tǒng)接收現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)后，顯示至VISU人機(jī)操作界面，并經(jīng)處理下達(dá)指令送至各相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。此過(guò)程涉及軟件組態(tài)、硬件組態(tài)、繼電器、檢測(cè)元件、執(zhí)行元件、傳輸電纜等多項(xiàng)內(nèi)容。

封口膠水泵溫度控制系統(tǒng)中，信號(hào)的傳遞經(jīng)4個(gè)環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)過(guò)程層層銜接，形成一條完整的控制環(huán)路（見圖5）。根據(jù)該控制環(huán)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(zhí)行元件故障；（2）檢測(cè)元件故障；（3）傳輸線路故障；（4）現(xiàn)場(chǎng)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(nèi)部控制程序故障。

圖5 控制環(huán)路

以上任意故障都可導(dǎo)致封口膠水泵溫度異常。排查故障點(diǎn)時(shí)按照信號(hào)傳遞方向，結(jié)合PLC及各元器件等相關(guān)知識(shí)，依次檢查逐級(jí)排除，有效定位出故障點(diǎn)后再予以消除解決。

2.1 執(zhí)行元件

封口膠水泵溫度升高，有可能是執(zhí)行元件加熱器發(fā)生故障，不停加溫。查閱《ZL29型纖維濾棒成型機(jī)組電控系統(tǒng)》可知，電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jīng)過(guò)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(cè)E120是否損壞，其連接線路是否正常，但據(jù)觀察，VISU顯示故障現(xiàn)象為溫度驟變，直接從140℃升至160℃，甚至200℃以上，考慮到實(shí)際情況，基本可以排除加熱器故障。

2.2 檢測(cè)元件

根據(jù)顯示溫度驟變現(xiàn)象判斷，封口膠水泵的溫度傳感器可能出現(xiàn)故障。查閱《ZL29型纖維濾棒成型機(jī)組電控系統(tǒng)》中的檢測(cè)元器件表發(fā)現(xiàn)，膠水泵溫度由鉑電阻R120檢測(cè)，型號(hào)為Pt100。Pt100溫度傳感器是一種以鉑（Pt）做成的電阻式溫度檢測(cè)器，穩(wěn)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(guān)系式如下：R=R0（1+aT），其中a=0.00392，R0為100 Ω（0℃時(shí)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(shí)需用萬(wàn)用表檢測(cè)膠水泵溫度傳感器R120，若測(cè)得的阻值相對(duì)應(yīng)的溫度與當(dāng)時(shí)顯示的膠水泵溫度基本相符，在允差范圍內(nèi)，則可說(shuō)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(cè)到阻值與溫度對(duì)應(yīng)值偏差較大，則需更換鉑電阻，更換時(shí)注意型號(hào)是否匹配。如圖7、8所示為實(shí)際操作中利用數(shù)字萬(wàn)用表檢測(cè)電阻值，測(cè)得的電阻值為139.6 Ω，設(shè)備顯示的溫度為103℃，基本對(duì)應(yīng)，故可判斷鉑電阻正常。

圖7 檢測(cè)R120阻值

圖8 測(cè)得R120阻值

2.3 傳輸線路

線路傳輸（圖9）出現(xiàn)故障也有可能造成溫度顯示發(fā)生驟變。檢查R120溫度檢測(cè)器出線端子的插針與插孔，看是否存在松動(dòng)，連接不牢，或者老化、異物堵塞等現(xiàn)象。可用風(fēng)槍清潔孔內(nèi)異物，然后再用電子元件專用清洗劑對(duì)端子的插針與插孔進(jìn)行清潔，如圖10所示，安裝時(shí)注意加固端子的連接，反復(fù)確認(rèn)，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(cè)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(guān)電氣原理圖[2]，見圖11，可發(fā)現(xiàn)膠水泵溫度傳感器R120測(cè)得的溫度作為模擬量輸入給了現(xiàn)場(chǎng)分布式子站A320-A14模塊。

圖11 封口膠水泵部分電氣原理圖

因?yàn)閆L29采用了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，所以YL29配置了一些現(xiàn)場(chǎng)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(jīng)處理后輸出控制加熱器E120，實(shí)現(xiàn)封口膠水泵溫度的平衡與穩(wěn)定。

表1 現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)或接觸不良。由于ET 200S對(duì)安裝及運(yùn)行環(huán)境有一定要求，在機(jī)器運(yùn)行當(dāng)中，產(chǎn)生的振動(dòng)及飛塵有可能致使A320-A14模塊與底座接觸不良，造成信號(hào)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(shí)為了預(yù)防其他模塊也存在同樣問(wèn)題，對(duì)其他模塊和底座也可以一起進(jìn)行清潔，注意重新安裝時(shí)應(yīng)緊固，確認(rèn)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(jīng)過(guò)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(jù)經(jīng)驗(yàn)發(fā)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(tǒng)運(yùn)行周期中都有自診斷處理階段，抗干擾能力強(qiáng)，本身一般不會(huì)出問(wèn)題。但由于外部電路設(shè)計(jì)缺陷，負(fù)載短路或過(guò)流、環(huán)境條件惡劣等，可使其內(nèi)部損壞、程序混亂、動(dòng)作失誤等。

首先可檢查該模塊的輸入輸出，觀察信號(hào)燈是否正常，并用萬(wàn)用表檢查輸入輸出是否正常。若是硬件出現(xiàn)問(wèn)題，則更換該模塊；若是軟件故障，則需對(duì)該模塊進(jìn)行重新復(fù)位或加載程序等步驟，詳細(xì)可見PLC[3]及 Beckhoff操作手冊(cè)[4]，在此不贅述。

2.6 實(shí)際故障處理

按照以上順序，對(duì)故障設(shè)備的原因部件進(jìn)行檢查，在對(duì)ET 200S I/O模塊檢查安裝好后，整理檢查確認(rèn)無(wú)誤上電，等待溫度的回升，一切就緒正常開機(jī)后觀察封口膠水泵溫度顯示發(fā)現(xiàn)恢復(fù)正常，無(wú)報(bào)警狀態(tài)等故障信息，持續(xù)跟蹤機(jī)臺(tái)一段時(shí)間的生產(chǎn)情況，發(fā)現(xiàn)無(wú)此異常現(xiàn)象報(bào)出，至此故障解決。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)ZL29成型機(jī)膠水泵溫度異常故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際排查故障并處理，能快速有效解決此類問(wèn)題。由于成型機(jī)組工作環(huán)境粉塵較大，并存在一定的振動(dòng)，有可能導(dǎo)致線路松動(dòng)，部件虛接，引發(fā)各類故障，故在機(jī)臺(tái)生產(chǎn)和日常保養(yǎng)中，應(yīng)對(duì)線路接口、敏感部件等做好清潔保養(yǎng)處理，并定期檢查是否有線路接口松動(dòng)，及時(shí)緊固，降低元件故障率，有效提高機(jī)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)率，保證生產(chǎn)正常。

由這次故障處理過(guò)程可發(fā)現(xiàn)，多數(shù)電子元器件比較敏感脆弱。若想延長(zhǎng)其正常工作時(shí)間，需定期對(duì)其檢查維護(hù)清潔保養(yǎng)，特別是平時(shí)生產(chǎn)中故障頻率高的元件，應(yīng)予以密切關(guān)注。降低元件故障率，能有效提高機(jī)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)率，保證生產(chǎn)正常。