淺析煙草設(shè)備電氣故障原因及維修方法

李建軍，陳佰虎，莫雄杰

（1.廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司柳州卷煙廠，廣西柳州，545000；2.國家稅務(wù)總局湛江市稅務(wù)局，廣東湛江，524000）

對(duì)于卷煙包裝設(shè)備而言，為了能同時(shí)生產(chǎn)多規(guī)格的產(chǎn)品，增加設(shè)備的整體設(shè)計(jì)柔性，利用伺服電機(jī)取代了機(jī)械的齒輪傳動(dòng)和皮帶傳動(dòng)，設(shè)備的配合精度由機(jī)械轉(zhuǎn)為電氣調(diào)節(jié)的精度，卷煙包裝設(shè)備從此由單電機(jī)驅(qū)動(dòng)變?yōu)槎嚯姍C(jī)協(xié)同驅(qū)動(dòng)，設(shè)備的電氣自動(dòng)化水平發(fā)生了質(zhì)的變化，但同時(shí)也增加了故障產(chǎn)生的概率，增加了故障維修的難度。作者根據(jù)多年的煙草設(shè)備電氣維修經(jīng)驗(yàn)，提出了與TnPM不同的維修策略，總結(jié)了一些設(shè)備維修方法，并將其通用化，希望對(duì)同行有一定的借鑒作用，主要針對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的故障進(jìn)行剖析和歸類。

1 電氣系統(tǒng)硬件和技術(shù)

煙草設(shè)備的電氣系統(tǒng)通常是較為復(fù)雜的各個(gè)子系統(tǒng)的組合，系統(tǒng)涉及的硬件器件一般有（1）指令器件，如按鈕、保護(hù)開關(guān)、行程開關(guān)、選擇開關(guān)、急停開關(guān)、繼電器等具機(jī)械部件的元件；（2）執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、電磁鐵、電磁離合器、固態(tài)繼電器、閥島等；（3）保護(hù)元件，如空氣斷路器、熔斷器、熱繼電器、過壓繼電器、欠壓繼電器等；(4)驅(qū)動(dòng)元件，如變頻器、伺服控制器、直流調(diào)速器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；(5)網(wǎng)絡(luò)通訊元件，如通訊模塊、通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、通訊卡、中繼器、通訊接頭、通訊介質(zhì)等;（6）控制元件，如PLC、IPC、單板電腦、獨(dú)立功能模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、智能儀表等；（7）檢測(cè)元件，如接近開關(guān)、光電開關(guān)、光纖傳感器、激光傳感器、視覺傳感器、壓力傳感器、微波傳感器等；（8）人機(jī)交互界面，如工控機(jī)、觸摸屏、文本顯示器等。（9）拖動(dòng)元件，如交流電機(jī)、直流電機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等。系統(tǒng)涉及的控制技術(shù)有（1）邏輯控制技術(shù)（順序控制），如卷煙機(jī)的程序啟動(dòng)和程序停止控制；（2）數(shù)學(xué)運(yùn)算技術(shù)，如卷煙機(jī)煙支重量系統(tǒng)的控制；（3）通訊技術(shù)，如工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)（PROFINET總線、Ethercat總線通訊）；（4）計(jì)算機(jī)技術(shù)，如中控系統(tǒng)；（5）圖形處理技術(shù)，如卷煙品質(zhì)機(jī)器視覺檢測(cè)；（6）人機(jī)界面技術(shù)，如配方的操作和運(yùn)行參數(shù)輸入的工控機(jī)、觸摸屏等；（7）PLC技術(shù)，如PLC的編程和故障診斷技術(shù)；（8）電機(jī)控制技術(shù)，如變頻器、伺服控制器的參數(shù)配置和故障診斷技術(shù)；（9）冗余技術(shù)，系統(tǒng)出錯(cuò)后的自動(dòng)恢復(fù)功能，如動(dòng)能中心的雙機(jī)熱備技術(shù)。

2 引起電氣故障的原因

我們從煙草設(shè)備電氣系統(tǒng)的硬件和軟件的構(gòu)成可以推出電氣系統(tǒng)發(fā)生故障的位置和原因。分析大部分的電氣故障，總結(jié)大致有七大類主要原因：（1）工作環(huán)境。①溫度，溫度是電子元件的殺手，通常機(jī)箱內(nèi)的溫度要求不能超過45℃和不低于-10℃；②濕度，濕度過高會(huì)使水氣侵入電氣元件內(nèi)部并凝結(jié)成水，降低器件的絕緣性能，器件通電后容易發(fā)生擊穿損壞，如南方春季的潮濕時(shí)期，電氣元件容易損壞；③振動(dòng)，煙草設(shè)備使用的電氣器件大部分是精密的器件，器件內(nèi)部有較多的接插件，當(dāng)設(shè)備的振動(dòng)大時(shí)會(huì)使接插件接觸不良，引起發(fā)熱，繼而燒毀器件。④電磁干擾，電磁干擾是由干擾源經(jīng)電源線或接地不良的保護(hù)地線引入或系統(tǒng)內(nèi)的高頻開關(guān)器件電磁泄露產(chǎn)生，系統(tǒng)內(nèi)的通訊線路和弱電信號(hào)容易受到干擾而引起故障。⑤粉塵，煙草設(shè)備經(jīng)常處于粉塵較多的環(huán)境，粉塵容易進(jìn)入機(jī)械結(jié)構(gòu)的指令元件和執(zhí)行元件，引起信號(hào)接通失效，同時(shí)污染光電檢測(cè)器，造成誤檢測(cè)。（2）電氣的安裝工藝。安裝工藝直接影響電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性，遵循規(guī)范的安裝工藝可以有效的減少設(shè)備初期的故障問題。（3）器件，器件是組成電氣控制系統(tǒng)的要素，器件決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和先進(jìn)水平。①可靠性，指器件平均無故障時(shí)間，可靠性越高，則其無故障工作時(shí)間越長。在設(shè)計(jì)和更換時(shí)選用可靠性高的器件，可以降低系統(tǒng)的故障率。②容量，選用器件時(shí)，其容量應(yīng)保證足夠的安全系數(shù)，如使用有觸點(diǎn)繼電器來控制電磁鐵時(shí)，要考慮接通和關(guān)斷時(shí)的電流沖擊，繼電器的觸點(diǎn)容量要為3-4倍正常電流。③電磁兼容性，指器件在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何器件產(chǎn)生無法忍受的電磁騷擾的能力。器件在使用不能產(chǎn)生干擾源，否則使系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)作（4）電源，是電氣系統(tǒng)的動(dòng)力源，這里包括交流電源和直流電源。其技術(shù)指標(biāo)影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。①電壓波動(dòng)，通常會(huì)使器件的工作電壓達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而誤動(dòng)作。②諧波干擾，由煙草設(shè)備大量使用變頻器和開關(guān)電源，容易產(chǎn)生高次諧波，如處理不當(dāng)，必然對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，特別對(duì)總線通訊的干擾。③容量不足，就會(huì)帶不動(dòng)負(fù)載，變壓器的容量不足會(huì)引起鐵芯發(fā)熱，可能引發(fā)電氣事故，開關(guān)電源容量不足，會(huì)燒壞電源，影響系統(tǒng)運(yùn)行。（5）機(jī)械磨損，機(jī)電一體的器件在煙草設(shè)備中也大量使用。開關(guān)觸動(dòng)部分磨損會(huì)引起輸入信號(hào)動(dòng)作不正常，引發(fā)故障。機(jī)電連接部件磨損都會(huì)造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)不正常，引發(fā)設(shè)備事故。（6）參數(shù)，在設(shè)備投入使用前，設(shè)置與應(yīng)用匹配參數(shù)是必須的，如果參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，系統(tǒng)無法工作或達(dá)不到實(shí)際要求。如一些檢測(cè)功能需要打開，卻被關(guān)掉，導(dǎo)致不合格品未能被檢測(cè)到，流入市場。（7）設(shè)計(jì)問題，一些技術(shù)不太成熟的設(shè)備引入工廠時(shí)，由于缺少自診斷功能，使維修的難度加大；聯(lián)鎖設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)存在安全風(fēng)險(xiǎn)；程序設(shè)計(jì)的健壯性不強(qiáng)，使系統(tǒng)隱性故障頻發(fā)。

3 故障的維修方法

基于上面談到的七類故障原因，可以將故障分為接觸不良類故障、器件類故障、機(jī)電類故障、干擾類故障、參數(shù)類故障、設(shè)計(jì)類故障等六類。（1）接觸不良類故障，此類故障占總故障70%，是最常見的故障，對(duì)設(shè)備的故障率貢獻(xiàn)最大，防止此類故障出現(xiàn)，可大幅提高設(shè)備的有效作業(yè)率。解決此類故障，一是采用定期緊固接線端子、電子清洗插接件、定期更換動(dòng)作頻繁類開關(guān)器件，如接觸器和繼電器等；二是采用可靠性維修，如用無觸點(diǎn)開關(guān)替代有觸點(diǎn)開關(guān)，使用容量大的觸點(diǎn)替代小容量觸點(diǎn)，密封器件替代非密封器件等。（2）器件類故障，占總故障20%，由于器件總有一定使用壽命。維修的策略是統(tǒng)計(jì)同類器件的使用壽命，在其接近使用壽命時(shí)更換。改善器件的工作環(huán)境，也可以延長器件的使用壽命。如定期保養(yǎng)通風(fēng)設(shè)施、減少粉塵和油污對(duì)器件的污染、采用減震措施等。（3）機(jī)電類故障，占總故障5%。通過月保檢查可及時(shí)的發(fā)現(xiàn)故障的征兆，如機(jī)械部件磨損較嚴(yán)重時(shí)，可更換，正常時(shí)，采用潤滑機(jī)械部分的措施，基本能夠避免此類故障。（4）干擾類故障，此類故障發(fā)生較少，但比較難查找故障源和解決。采用示波器測(cè)量和排除法結(jié)合來確定故障源，更換故障源器件和切斷干擾路徑及采用抗干擾措施，都能解決此類問題。常見現(xiàn)象有靜電消除電路破損對(duì)地產(chǎn)生高頻干擾，變頻器接地不良產(chǎn)生干擾，開關(guān)電源濾波電路故障產(chǎn)生干擾，大電流動(dòng)力線與信號(hào)線平行走線，引起干擾等。（5）參數(shù)類故障，這類故障多數(shù)是在系統(tǒng)恢復(fù)初始值時(shí)，容易產(chǎn)生，因?yàn)槌跏贾悼赡芘c實(shí)際的使用值不相同，如有些設(shè)備的選配功能是沒有的，但系統(tǒng)默認(rèn)是開啟的，如果沒有修改為關(guān)閉狀態(tài)，則設(shè)備就會(huì)發(fā)生故障。另外一種是更換器件時(shí)，沒有輸入正確參數(shù)，導(dǎo)致器件不能正常工作。如高速包裝機(jī)種許多檢測(cè)器的模式為高速模式，但檢測(cè)器的默認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)模式，在標(biāo)準(zhǔn)模式下，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)告檢測(cè)器故障。在以上兩種情況下出現(xiàn)的故障，一定要核實(shí)設(shè)置的參數(shù)。（6）設(shè)計(jì)類故障，這類故障最為隱蔽，因?yàn)樵O(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)是沒法周全的考慮現(xiàn)場復(fù)雜的工況的?，F(xiàn)場可能會(huì)發(fā)生各種誤觸發(fā)信號(hào)，如果程序或電路沒有處理好這些非正常工況，可能引起程序死鎖和電路誤動(dòng)作，造成故障或事故。解決此類故障的辦法是，細(xì)致分析故障產(chǎn)生的機(jī)理和程序存在的問題，根據(jù)相關(guān)信號(hào)的邏輯關(guān)系增加互鎖和容錯(cuò)程序，然后測(cè)試在極端條件下，是否還會(huì)出現(xiàn)問題。