QCS 系统灰分传感器故障处理案例

朱 勇 戴乐玉 梁跃明

(民丰特种纸股份有限公司，浙江嘉兴，314000)

灰分是纸张燃烧后留下的残渣，其主要成分是碳酸钙、钛白粉等。民丰特种纸股份有限公司18#造纸机QCS质量控制系统采用的是ABB Accuray 1190系统，该系统还包含了定量、灰分、水分、不透明度等的在线测量。该生产线主要生产卷烟纸，其中灰分含量是一个比较关键的指标。本文介绍了灰分传感器的原理及结构，并分析了一起典型的灰分传感器故障案例，希望能为其他企业提供一定的借鉴。

1 灰分传感器测量原理及结构

1.1 灰分传感器测量原理

灰分传感器的结构及测量原理与定量传感器基本一致，主要由一个X射线源组件、一个快门和一个接收器组成。X射线源装在下探头 (源探头)内部，射线接收器安装在上探头 (探测头)内部，纸张从中间穿过［1］。灰分的测量主要根据X射线穿过纸张后一部分被纸张吸收，被吸收的多少与纸张的灰分含量成一定关系的原理进行测量［2-3］，见图1。X射线的能量分布在特定成分 (如碳酸钙)下随着电离辐射强度变化，呈现指数级衰减。通过选择电离强度 (射线管高压控制)和利用衰变频谱成型分布规律实现灰分含量的测量。

图1 X射线衰变频谱成型分布规律［2］

灰分传感器具体测量原理如图2所示。由图2可知，在真空中，通过高压激发高速运动的电子轰击金属靶时，金属靶就释放出X射线，产生的X射线穿过纸张后，一部分被纸张吸收，另一部分穿过纸张，在接收头的Pbs上通有800 VDC的高压，穿过纸张的X射线在Pbs上形成微弱的电流信号，经过放大及I/U转换，变为0～10 VDC电压信号，再经过数模转换成数字信号送至计算机进行处理，计算出纸张的灰分含量。

图2 灰分传感器的测量原理

1.2 灰分传感器的结构

灰分传感器的结构如图3所示。由图3可知，在灰分传感器的上下各有一台空气加热器 (图3中的C)，对灰分传感器间隙中的压缩空气进行加热，使传感器两边的空气均保持在相同温度下。传感器两边空气温度一致的目的主要有两个:一方面可以避免由于通过传感器两边的纸张存在温度差而在探头上结露，尤其在冬天更为严重，影响灰分的测量;另一方面避免纸张两边不同的温度传递到灰分传感器上，导致传感器本身两端存在温度差，从而影响灰分的测量。因此如果灰分的测量长期存在漂移现象，或者漂移量增大，需要检查吹热风系统的工作是否正常。

图3 灰分传感器结构 (源)

2 故障现象及处理过程

民丰特种纸股份有限公司卷烟纸生产线的QCS系统灰分传感器在运行过程中曾出现一次故障，这次故障现象主要是在灰分传感器上无灰分数值显示。

为寻找故障产生的原因，用工作站连接QCS系统，发现灰分传感器 (源)警报温度超限，但温度显示为常温。于是将源探头取出，打开发现陶瓷加热器表面焦黄，表明其曾经高温过，用万用表测量发现加热器为开路，因而判断加热器已损坏;另外发现传感器接口板 (SEI)上也有过热痕迹。在更换加热器后重新上机，但通电后发现源探头温度持续走高，而且探头处有烟冒出;立刻断电并将源探头取出，发现SEI板上已烧了个大洞，因而怀疑信号处理板 (ECS板)可能存在故障，导致持续加热造成电路板烧坏的可能性很大。将ECS板及SEI板同时更换后再进行上机试验，报警故障消除，但出现了新的问题:源探头加热温度呈正弦曲线波动 (见图4，其中黑线为源探头，白线为探测头)，波动范围在10%左右。

图4 源探头加热温度故障曲线

图5 源探头加热温度正常曲线

为排查源探头的温度波动问题，先调节加热PID参数、调节压缩空气气压、将上下探头SEI板对换，上下探头加热器对换，更换扫描头接口板，上下探头节气阀对换，均未发现有异常，且故障现象依旧存在。于是决定对传感器高压电源板内的气路进行解体，在狭小的气路内发现了陶瓷加热器的碎片，将碎片取出，并对气路进行了清洁，全部装好后进行上机，传感器恢复了正常，正常曲线如图5所示。

3 结语

回顾整个故障的过程，造成故障的原因主要是由于ECS板输出端口故障，导致加热器持续加热，因而将加热器烧裂，由于气流作用，使加热器的碎片随气流进入高压板的狭小气路里，从而使得了源探头温度出现了波动，引起故障。

［1］ HU Lian-hua，LI Xin-ping，TANG Wei．A Kind of BW Sensor with Wide Range and High Accuracy［J］．China Pulp ＆ Paper，2011，30(2):46．胡连华，李新平，汤 伟．一种大范围高精度定量传感器［J］．中国造纸，2011，30(2):46．

［2］ ABB大学-北京培训中心．C235(ABB网络扫描架)．

［3］ TANG Yan，SUN You-xian．The Measuring and Control of Paper Ash Content［J］．China Pulp ＆ Paper，1996，15(5):48．唐 晏，孙优贤．造纸过程灰分测量与控制［J］．中国造纸，1996，15(5):48．