SMS連鑄連軋生產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連鑄連軋生產線出現的鑄機塞棒電機出現的通訊電纜故障，簡要介紹了其控制原理等，并對此故障處理進行了探討及總結。

關鍵詞：塞棒電機;通訊電纜;故障

一、控制系統簡介

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

鑄機中的塞棒電機（西門子1FK7080-5AF71-1UA0）的控制由西門子控制器U15， S120驅動電源模塊U35以及塞棒電機模塊U25實現。

塞棒電機具體電氣控制如下：

塞棒電機帶有編碼器（STOPPER ROD RESOLVER），即“旋轉變壓器”， 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，先后出現三次鑄機塞棒電機通訊電纜故障，故障報警在操作臺上顯示為塞棒驅動故障（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：

三次故障均發生在鑄機正常停機，之后準備生產時出現。

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

在第三次出現故障后，又更換了S120驅動電源模塊U35。

2019年9月4日檢查故障的通訊電纜，發現靠近塞棒電機編碼器一側出現短路情況（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，詳細查找故障點及故障情況，發現在靠近編碼器側約80cm處，六根線都明顯出現因過熱導致線纜絕緣層破壞的狀況，可見內部銅絲裸露，所以六根線之間發生短路（1，2，3，6及A，B）。最后兩次都是一樣的故障，且故障點位置也差不多。

故此歸納起來發生編碼器通訊電纜故障情況為1、均發生在塞棒電機啟動時（此時約有1小時時間烘中包）;2、通訊電纜出現短路類故障，且短路點靠近塞棒電機側。所以需要分析什么原因導致通訊電纜短路。

出現通訊電纜短路，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實際上存在著兩個旋轉的變壓器，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 的轉子上就會因電磁感應而產生一個交變電流，由于這個變壓器的繞組中心是在轉子旋轉軸線上的，因此無論其角度位置如何，轉子上感應產生的電流都是相同的，也就是說，在轉子線圈回路中的兩個繞組上都會有一個固定的交變電流。

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

1、編碼器Resolver參考電源（Ref +/-）出現高壓，即在輸入線圈側本身就會產生大電流，同時會導致輸出線圈側產生高壓，并產生大電流。

2、如果接地有問題，會導致大電流流過通訊電纜。

3、編碼器Resolver本身出現故障。

對于第一種情況，則說明塞棒電機模塊U25有異常，如果這樣，那么應該更可能在靠近U25側（在距離塞棒電機側約30米遠處的控制室）的通訊電纜過熱短路。但是由于此模塊在第一次出現通訊電纜故障時即已經更換過，且塞棒電機模塊U25自身有很多保護。另外檢查此模塊中DCP，DCN以及24VDC電壓正常，并且不至于出現在塞棒電機得電的時候。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模塊U25，那么可能在于塞棒電機側接地出現問題。

而且如果接地出現問題，將會導致感應電壓，在編碼器Resolver中由于實際上存在著兩個旋轉的變壓器作用下，極有可能產生高壓及大電流，況且之前更換過塞棒電機，完全可能是沒有接好接地線。隨后對于接地進行檢查，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行了排除，問題點并未找到。我們對于通訊電纜發生的故障位置，以及發生的時間段再次分析，并對于在此狀況下現場檢查，發現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，塞棒電機離此距離不遠，且因急于恢復生產，后來更換敷設的通訊電纜路徑未嚴格按照技術規范要求，所以高溫可能導致電纜損壞。

為了驗證此分析判斷，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行測試，發現通訊電纜綠色的絕緣外皮并沒有明顯變化，但是其內部的電線絕緣已經發生明顯老化，其中有些電線之間已經粘接在一起而短路，這個試驗驗證了我們的分析判斷。

四、結論：

本文就銅冠銅材分公司SMS連鑄連軋生產線出現的鑄機塞棒電機通訊電纜故障，對其故障情況進行描述，以及故障原因進行分析，我們認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。但是重點就通訊電纜發生的故障位置，以及發生的時間段分析，是我們此次處理故障的啟發。

通過本次故障處理，同時我們也給出相應的對策，一是嚴格按照技術規范要求，對于更換敷設的通訊電纜安裝在單獨的、夠強度的鋼管中，鋼管遠離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。三是增強通訊電纜的耐溫防護，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：

[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，現供職銅陵有色銅冠銅材公司，高級技術主管，學士學位，研究方向電氣自動化。