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《棉紡織技術(shù)》 2023年9月（第51卷,，總第623期）火熱發(fā)售中,，歡迎訂閱。 訂閱方式： 1.在線訂閱點(diǎn)擊：訂雜志 2.撥打訂閱熱線：029-83553571 探討紡織設(shè)備控制裝置弱電故障適宜的維修方式,。根據(jù)紡織企業(yè)設(shè)備現(xiàn)狀,，將紡織設(shè)備控制裝置分為調(diào)速類控制裝置、可編程控制器,、開關(guān)電源,、集成電路板4種，概括了每種控制裝置的故障特點(diǎn),，并通過№21C型絡(luò)筒機(jī),、K44型細(xì)紗機(jī)等幾個典型的維修實例進(jìn)行了說明，對比了自主維修和托外維修的成本,。認(rèn)為：企業(yè)通過自主維修,，可以獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 紡織設(shè)備; 控制裝置; 弱電故障; 變頻調(diào)速; PLC; 開關(guān)電源; 集成電路? 目前我國紡織設(shè)備具有以下特點(diǎn)：一是進(jìn)口設(shè)備占多數(shù),，這類設(shè)備自動化程度高,、技術(shù)復(fù)雜，尤其在弱電方面,，一旦出現(xiàn)故障,，一般電工根本維修不了，大多數(shù)企業(yè)只能選擇設(shè)備廠家推薦的維修單位進(jìn)行維修,，但高昂的維修費(fèi)用擠占了企業(yè)的利潤空間,；二是機(jī)臺數(shù)量多，如普通制衣廠的縫紉設(shè)備多是以百臺計算,，而一個10萬錠的紡紗企業(yè)擁有的控制裝置更是在1 000臺以上,，隨著許多引進(jìn)設(shè)備的服務(wù)期限臨近，弱電故障頻出,，一個中型以上的紡織企業(yè)每個月的維修量多,、費(fèi)用高。鑒于此,，國內(nèi)一些企業(yè)與高校進(jìn)行技術(shù)合作,，通過對一些控制裝置弱電故障進(jìn)行自主維修,，獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。下面結(jié)合紡織設(shè)備技術(shù)特點(diǎn),，對部分弱電故障維修進(jìn)行總結(jié),。1 紡織設(shè)備控制裝置分類我國引進(jìn)的紡織設(shè)備大多來自于德國、日本,、瑞士,、意大利等工業(yè)科技發(fā)達(dá)的國家，這些設(shè)備之所以能顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量,，其關(guān)鍵在于控制系統(tǒng)采用了先進(jìn)而復(fù)雜的技術(shù)。歸納起來,，紡織企業(yè)所用控制裝置大致如下,。1.1 調(diào)速類控制裝置為保證產(chǎn)品質(zhì)量，一些紡織設(shè)備如精梳機(jī),、織機(jī)的驅(qū)動采用了調(diào)速技術(shù),。雖然直流調(diào)速有很多的優(yōu)越性，但直流調(diào)速系統(tǒng)的復(fù)雜性和高故障率一直為行業(yè)內(nèi)工程技術(shù)人員所詬病,。國外設(shè)備廠家從20世紀(jì)七八十年代開始使用交流變頻調(diào)速技術(shù),，目前已成為主流。在我國,，現(xiàn)在幾乎所有的紡織設(shè)備也都盡可能地使用了變頻調(diào)速技術(shù),，更先進(jìn)的直流無刷驅(qū)動應(yīng)用也越來越多。調(diào)速類控制裝置以變頻器最具代表性,，如倫茨,、ABB、安川等系列,。這類設(shè)備的共同之處在于都是以大功率半導(dǎo)體開關(guān)組成的逆變橋作為輸出接口,，根據(jù)輸出功率的不同，開關(guān)元件選用的是不同型號的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）功率模塊或單體元件,。另外還有微處理器（MCU）及外圍電路,。因此，這類設(shè)備的弱電故障主要集中在逆變橋和半導(dǎo)體電路上,。1.2 可編程控制器（PLC）PLC是一種性能優(yōu)良的控制裝置,，其核心是高性能微處理器。為了適應(yīng)復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境,，PLC通常有多樣的信號輸入輸出口,，這些接口不但能傳輸信號，還可實現(xiàn)內(nèi)外電路的電氣隔離,，最大程度地保證了內(nèi)部電路不受外部干擾,，特別適合在工業(yè)環(huán)境中使用,。PLC的優(yōu)點(diǎn)是用寄存器替代了傳統(tǒng)的中間繼電器，因為大大減少了觸點(diǎn)數(shù)量,，PLC在很大程度上提高了設(shè)備的可靠性,。例如德國西門子公司生產(chǎn)的S系列PLC平均無故障時間已經(jīng)超過30萬h。通過編程,，PLC的功能更加豐富,，可實現(xiàn)對故障的自診斷，這更增加了控制的靈活性,、智能化,，因此，PLC在國內(nèi)外工業(yè)設(shè)備上的應(yīng)用很廣,，是一種標(biāo)配,。歐盟設(shè)備一般選用西門子PLC作為主控裝置，而日本設(shè)備則多選用三菱的PLC,。在弱電方面,，PLC的故障主要集中在接口電路、內(nèi)部保護(hù)電路和電源電路,，而最為復(fù)雜的微處理器出現(xiàn)故障的情況卻很少見,。1.3 開關(guān)電源以上所述各種的自動化、智能化設(shè)備,，其共同特點(diǎn)是內(nèi)部都是由微處理器控制,，微處理器以及外圍設(shè)備所需的直流電一般是由開關(guān)電源提供的。與傳統(tǒng)的變壓器降壓和串聯(lián)穩(wěn)壓電路相比,，開關(guān)電源具有效率高,、電壓適應(yīng)范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),，特別適合在工業(yè)環(huán)境中使用,。但不可否認(rèn)，其故障率高也是不爭的事實,。常用的開關(guān)電源其輸入多采用交流220 V供電,，經(jīng)低通濾波、整流濾波等環(huán)節(jié)先變換成直流母線電壓,，再經(jīng)過高頻開關(guān)電路將直流母線電壓變換成低壓直流電,。也有一些采用直流母線直接供電的，這類設(shè)備中有專門的變換電路,，形成的直流母線電壓既為逆變器供電,，也為機(jī)內(nèi)的開關(guān)電源供電。如村田絡(luò)筒機(jī)中的開關(guān)電源輸入的就是來自系統(tǒng)直流母線的+280 V直流電,。開關(guān)電源的輸出有+5 V,、±12 V,、+24 V等。通常+5 V用于微處理器供電,，±12 V用于放大器的供電,，+24 V多用于直流繼電器的驅(qū)動等。再如FA009A型抓棉機(jī)使用的西門子SITOP POWER12提供的+24 V DC電源,，主要給PLC,、信號模塊（數(shù)字量輸入/輸出、模塊量輸入/輸出）,、繼電器,、接觸器和各種控制設(shè)備供電。開關(guān)電源中分立元件占多數(shù),，各種元件的性能差異很大,，壽命長短不一，表現(xiàn)在弱電故障方面主要是一次側(cè)容易出問題,。盡管開關(guān)電源會因控制芯片不同在電路上存在差別，但基本結(jié)構(gòu)大同小異,，研究清楚一兩款電路,，便可做到一通百通。1.4 集成電路板自動化設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)的基本控制功能是邏輯運(yùn)算,，可實現(xiàn)對開關(guān)量的控制,。更高層次的控制功能是對模擬量的控制，一般包括放大電路及A/D,、D/A轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié),，這樣的電路是典型的弱電電路，這些電路所在的電路板通稱為集成電路板,。在一些諸如控制張力,、位置、溫度,、壓力,、流量等模擬參數(shù)的設(shè)備上都有這種弱電電路板。由于技術(shù)復(fù)雜,，集成電路板是弱電故障維修的難點(diǎn),。2 維修實例2.1 №21C型絡(luò)筒機(jī)單錠設(shè)備報MPC通信錯誤№21C型絡(luò)筒機(jī)在控制上分車頭電腦和單錠電腦，前者是上位機(jī),，后者是下位機(jī),。通過兩者之間的通信，可使上位機(jī)獲得單錠設(shè)備的生產(chǎn)信息,。單錠MPC其實也是一個微型電腦,，其主板結(jié)構(gòu)與常規(guī)電腦類似,，如運(yùn)行程序保存在E2ROM中，而與生產(chǎn)有關(guān)的信息保存在RAM中,。RAM存儲器的特點(diǎn)是停止供電后,，里面的信息會丟失。為保持信息不丟失,，必須持續(xù)供電,，即在交流電源停止供電時，要用后備電池為其供電,。這也是計算機(jī)主板都帶有紐扣電池的原因,。№21C型絡(luò)筒機(jī)單錠MPC主板使用了更為環(huán)保的超級電容來替代后備電池,。由于采用了低功耗RAM,，一般的超級電容可保證一年以上的可靠供電。然而,，設(shè)備的現(xiàn)場工作環(huán)境,，如濕度較大、棉粉塵及絮狀物較多等,，造成了超級電容正負(fù)極間的隔離電阻降低,，漏電流超過額定值，結(jié)果造成電容兩端電壓的降低,，使得后備電容供電能力變?nèi)?、有效供電時間縮短。盡管有專門的電路對其充電,，但在停機(jī)時間過長或者漏電較大時,，常會出現(xiàn)電容電壓不足的情況，以致于對RAM無法進(jìn)行有效供電,，RAM中的數(shù)據(jù)丟失,。在上位機(jī)索要這些數(shù)據(jù)時，下位機(jī)因為查詢不到合格的數(shù)據(jù),，只能繼續(xù)進(jìn)行查詢,。經(jīng)過一段時間后，上位機(jī)在得不到數(shù)據(jù)后,，就報通信錯誤,。經(jīng)過對發(fā)生通信超時的故障板進(jìn)行檢測后發(fā)現(xiàn)，一般后備電容的電壓都在2 V以下,，已達(dá)不到RAM的供電要求,。如果確認(rèn)后備超級電容電壓低的原因是由外部因素引起的，除了對可能的漏電區(qū)域進(jìn)行徹底清理外，還需要通過外接直流穩(wěn)壓電源在二極管D1的陽極與GND之間施加+5 V電壓,，將后備電容的電壓充滿后停止,。為防止再次出現(xiàn)類似的故障，建議噴一些隔離劑覆蓋在可能的漏電區(qū)域,。2.2 西門子SITOP POWER12型電源上電無輸出
SITOP POWER12型電源是西門子控制系統(tǒng)最常用的配套模塊電源,，在歐洲紡織設(shè)備中多有應(yīng)用，比如瑞士立達(dá)K44型細(xì)紗機(jī)用的就是這種電源,。它的輸入電壓是集成整流裝置輸出的+600 V直流電壓,，輸出的是+24 V直流電壓，用于對各個分系統(tǒng)提供直流電,。根據(jù)車間提供的信息,，已確認(rèn)該電源存在故障。打開外殼,，可見該電源由上下兩層電路板組成,。上層板主要是控制電路，下層板是高壓部分,，主要組成元件是濾波,、保護(hù)元件，還有輸出部分的整流器等,。兩層板通過幾個金屬導(dǎo)線柱連接,。經(jīng)檢查，在上層板除了有個別元件外殼變黃外,，并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的燒毀、燒焦部位,。由于沒有技術(shù)圖紙可供參考,，維修只能從繪制簡單的原理圖開始。圖1是根據(jù)實物繪制的局部電路,。其中1端是啟動電路的一部分,，+600 V電壓經(jīng)數(shù)個高阻值電阻（在下層板）降壓后在A、O間產(chǎn)生12 V直流電壓（框1）,。該電壓是末端功率管（型號ON1534）的偏置電壓,。框2中的電路是饋電電路,，采用簡單的串聯(lián)穩(wěn)壓,，將饋電繞組的輸出電壓變換成穩(wěn)定的+12 V?？?中的電路是機(jī)內(nèi)開關(guān)電源控制電路,，場效應(yīng)管SS98是主控芯片UC3843的電源端（引腳7）的控制開關(guān)，其導(dǎo)通后,，UC3843才可得到+12 V直流電壓,。測得UC3843電源端電壓只有5.6 V左右,，沒有達(dá)到UC3843輸出PWM脈沖所需的最低供電電壓8.4 V，此時UC3843工作在欠壓鎖定狀態(tài),，沒有輸出是正常的,。根據(jù)圖1中電路，逐一檢測每個元件發(fā)現(xiàn),，與SS98柵?源并聯(lián)的穩(wěn)壓二極管存在局部擊穿的現(xiàn)象,，反向電阻約480 Ω。顯然,，在上電后,，SS98柵?源間偏置電壓降低了，使得SS98處于未導(dǎo)通狀態(tài),，UC3843的供電電壓偏低,，因欠壓而停止輸出PWM信號。更換穩(wěn)壓管后,，電源輸出正常,。2.3 ABB ACS401001632型變頻器加電引起空氣開關(guān)跳閘ACS401001632型變頻器是一款適配11 kW交流電機(jī)的變頻器，在棉紡行業(yè)應(yīng)用較多,。該機(jī)采用380 V交流供電,。在配電柜內(nèi)，交流三相電經(jīng)過空氣開關(guān)后接入變頻器的電源輸入端,。一上電就引起空氣開關(guān)跳閘,，說明機(jī)內(nèi)出現(xiàn)了嚴(yán)重的過流故障，而且這種故障多與主電路有關(guān),。圖2是根據(jù)實物繪制的主電路圖,，主要有外接的空氣開關(guān)，機(jī)內(nèi)的三相整流橋,、濾波電感,、浪涌電流限制電阻、繼電器主觸頭,、平滑電容以及三相逆變橋等,。用萬用表逐一檢測整流橋、平滑電容和逆變橋,。發(fā)現(xiàn)這3個主要元件都沒問題,。但看到繼電器K1的外殼因受熱已發(fā)生變形，這說明,，K1的主觸頭出現(xiàn)過頻繁的大電流切換,。在這種容量的變頻器中，為了保證直流母線電壓的穩(wěn)定，電路中需要接入較大容量的平滑電容,，這種設(shè)計帶來了一個不容忽視的問題,，就是開機(jī)瞬間因電容充電會出現(xiàn)較大的浪涌電流。這個電流常常超出變頻器額定電流數(shù)倍,，引起過流跳閘,。為降低開機(jī)瞬間的浪涌電流，在電路中需要強(qiáng)制接入限制浪涌電流的電阻（R1,、R35和R3,、R199）。待電容基本充滿后,，主電路中才投入繼電器主觸頭,，將電阻旁路掉。更換K1繼電器后仍然出現(xiàn)空氣開關(guān)跳閘的問題,，再檢查發(fā)現(xiàn)K1線圈的驅(qū)動三極管V1擊穿,，具體電路見圖3。從圖3中看出,，V1是繼電器K1與K201的驅(qū)動三極管,，V1擊穿后，其工作狀態(tài)已不受主板信號的控制,，導(dǎo)致一上電,，K1、K201線圈得電,?？赡苡捎谧陨斫Y(jié)構(gòu)參數(shù)的差異，K1總是先于K201動作,，其主觸頭先閉合,，由于浪涌電流較大，直接導(dǎo)致了外接的空氣開關(guān)跳閘,。更換V1后,，故障消除,。3 維修效益自2016年開始,，某高校與駐地紡織企業(yè)合作，除了對企業(yè)人員進(jìn)行設(shè)備弱電故障維修培訓(xùn)外,，雙方還展開了線路板的維修業(yè)務(wù),。表1列出了一段時間內(nèi)，雙方維修的業(yè)務(wù)量,，在費(fèi)用上與托外維修的情況進(jìn)行了比較,。從表1可以看出，自主維修成本顯著低于托外維修，經(jīng)濟(jì)效益明顯,。4 結(jié)束語現(xiàn)階段,，我國紡織企業(yè)擁有數(shù)量龐大的進(jìn)口設(shè)備，每個企業(yè)都面臨著設(shè)備維修的難題,。上述實例表明,，即便是復(fù)雜的設(shè)備，產(chǎn)生故障的原因也可能是很簡單的,，這關(guān)鍵取決于維修人員對故障原因的精準(zhǔn)分析和判斷,。企業(yè)與高校的合作，可以將維修所需的理論知識和實用技術(shù)引入企業(yè),，通過對維修人員的重點(diǎn)培訓(xùn)和有針對性的指導(dǎo),，以簡單的故障維修為突破口，就能逐漸擴(kuò)大維修范圍,，經(jīng)過一段時間的技術(shù)積累,，完全可以實現(xiàn)大部分弱電故障的自主維修。實踐證明,，這種自主維修可大幅度降低維修費(fèi)用,，無疑是企業(yè)降費(fèi)增效的有效路徑。
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