真空油淬爐干擾故障分析與研究

江智軒，胡輝

昌河飛機工業（集團）有限責任公司 江西景德鎮 333002

1 序言

近年來，隨著熱處理設備自動化程度越來越高，電氣系統也越發復雜，在運行過程中電磁環境和電磁干擾問題也日漸突顯[1]，因此熱處理設備電氣系統的抗干擾能力是關系到整個系統可靠運行的關鍵。

2 故障現象

一臺立式真空油淬爐在移動零件油淬時，執行零件上升/下降的機構會偶發出現運行緩慢或無動作的情況，電氣柜內控制升降機構電動機抱閘的接觸器偶發出現頻繁吸合跳閘現象、控制升降電動機的變頻器出現報警、設備總控西門子S7-300 PLC中CPU的BF 指示燈亮紅燈，顯示總線通信報警。零件升降機構如圖1、圖2所示，由電動機帶動減速機進行零件升降料臺上下運動。

圖1 零件升降料臺

圖2 升降電動機

3 故障分析與處理

該設備自動化程度較高，所有的邏輯電氣動作都是以西門子S7-300 PLC為核心進行控制。零件升降料臺正常的運行步驟為當操作人員在操作面板上按下上升/下降按鈕后，升降電動機抱閘松開，由變頻器起動電動機正反轉，通過減速機執行升降機構的上下運動，如圖3、圖4所示。

圖3 S7-300PLC

圖4 升降電動機控制變頻器

由于這種故障現象是偶發出現的，且升降機構上下運行時無異常聲音，故首先可以排除升降機構機械部分存在問題的可能性，而在電氣方面可能存在的故障原因有以下幾點。

1）針對控制抱閘的接觸器頻繁吸合斷開現象，可能是由于接觸器內部觸點接觸不良或控制線圈信號異常導致的，從而造成運行時電動機反復處于抱閘狀態，使運行異常。

2）針對S7-300PLC的 BF報警，可能是由于通信電纜與連接器件、接口模塊等硬件故障或與通信相關的硬件組態問題造成的CPU狀態異常，從而導致設備整個控制系統異常。

3）由于變頻器產生的報警與CPU報警同時出現，查閱相關資料顯示同為通信故障，現場進行判斷是由于PLC出現的BF報警導致。

因此，針對故障原因，需進行以下故障處理。

1）直接更換接觸器，故障現象仍存在，排除接觸器本身的問題。測量接觸器線圈電壓信號，出現異常時電壓信號時有時無，而接觸器的動作是由PLC進行控制，故障點轉向PLC。

2）使用西門子Step7軟件對設備PLC進行在線監控，發現在變頻器未起動前PLC都可正常通信監控，但變頻器起動后，一旦故障現象出現，則PLC立刻無法正常通信，顯示總線通信錯誤，無法在線監控PLC內部變量。通過Step7硬件診斷功能進行診斷，每次出現的報錯信息都均不一致，呈無規律性地發生，故初步判斷設備電氣系統部分可能存在電氣干擾，影響PLC的正常運行。通過硬件組態功能發現該設備存在一個總站及3個從站（PLC主站，變頻器、歐陸溫度信號采集單元及溫度控制輸出單元3個從站），通過Profibus-DP總線相互通信，PLC硬件組態如圖5所示。

圖5 PLC硬件組態

每個從站均使用西門子標準PROFIBUS-DP接頭進行連接，如圖6所示。首先對每個從站的250Ω終端電阻進行檢測無異常后，使用排除法對每個站與站間的通信情況單獨進行檢測。通過終端電阻的ONOFF撥扭對每段站點的通信單獨進行測試[2]，發現在歐陸溫度信號采集單元站點通信存在異常情況，將上一站點的終端電阻撥成ON（即屏蔽該站點）后，多次測試設備的升降機構均能夠正常運行，故確定故障原因在于歐陸溫度信號采集模塊這一段，如圖7所示。

圖6 西門子PROFIBUS-DP接頭

圖7 歐陸溫度信號采集模塊

拆開歐陸溫度信號采集模塊處的PROFIBUS-DP接頭進行檢查，發現PROFIBUS-DP線纜的屏蔽層未與接頭的金屬殼體很好地接觸，導致該處屏蔽性能不佳。變頻器屬于一個高頻電器，在整流電路會產生諧波電流，這種諧波電流在供電系統的阻抗上產生電壓降，導致電壓波形發生畸變，這種畸變的電壓極容易對儀表等系統形成干擾。而變頻器與歐陸溫度信號采集模塊又通過總線連接在一起，變頻器一旦起動，下一站點屏蔽性能不佳，就容易對整個系統的穩定性造成影響。重新做好總線接頭處的屏蔽后，進行零件升降機構運動測試，往復數十次均未出現原偶發的各類報警，零件升降機構均正常執行動作，設備恢復正常使用狀態。

4 結束語

電氣干擾是時刻存在于設備周圍的，此案例就是較為典型的因屏蔽不良所導致的電氣干擾故障，對后續處理類似故障時有較好的借鑒意義。由于熱處理設備的特殊性，一次加工時間長，加工過程要求穩定可靠，所以熱處理設備在設計、制造、安裝過程中要注意電氣系統的屏蔽及抗干擾性，特別是要考慮到溫度控制儀表與記錄儀表的穩定使用。