CLECIM铝箔轧机异常断带故障查找及分析

陈春杭

（厦门厦顺铝箔有限公司，福建厦门 361006）

1 CLECIM铝箔轧机概述

本公司的粗轧机是由法国CLECIM公司生产的，是ϕ260/ϕ720--1700四重不可逆铝箔轧机，其电气配套公司为法国的阿尔斯通公司，于1997年调试结束投入生产。轧机配有7个与轧制工艺有关的闭环控制系统，即速度、张力、压力、辊缝、喷液、弯辊及倾斜控制环。轧机可工作于四个工作方式，即轧制、穿带、维护、换辊或等待，操作手可根据需要，在主操台进行切换。轧机的控制系统由DDC、PLC、DS21、TPS、测厚系统、MCC、低压配电等系统组成，其中DDC是上位机，与其他控制系统通过光纤通讯与以太网通讯相连接[1]，系统结构如图1。

DDC系统的全称为Direct Data Control System，DDC是整个控制系统的上位机(MASTER)，负责总的协调及通信处理，通讯方式有光纤通讯与以太网通信。DDC系统的操作系统是iRMX的，这是由Intel公司开发的一种操作系统，主要用在工业控制系统。DDC系统的功能包括：板卷预设、轧机的启动与停止、速度控制、张力控制、卷径计算等。

图1 系统结构

PLC系统是由法国施耐德公司提供的，该系统采用PL7-3软件，该软件的最大优点是允许使用三种语言编写程序（GRAFCET、Ladder和Literal语言），Grafcet是一种高级的图表，用于自动的顺序控制，例如换辊程序与自动上料或卸料；Ladder是逻辑语言，用于逻辑控制，也就是梯形图；Literal则是一种文字描述语言，用于算术操作和数据操作[2]。

DS21系统，是由Davy公司提供的，主要负责铝箔轧制时的工艺控制，主要功能有自动板形控制与自动厚度控制。

TPS系统的全称为Thyristor Power Supply，也就是可控硅电源系统[3]，用于控制开卷机、机架、卷取机的直流电机，开卷机、机架、卷取机的直流电机都有两台，两台电机通过联轴器串联在一起，测速用的脉冲发生器装在后面那台直流电机的轴上。

MCC系统的全称为Motor Control Centre，也就是马达控制中心，用于控制现场的交流电机，如高压泵电机、中压泵电机、冷却泵电机、过滤泵电机、稀油泵电机等。

测厚系统是用于测量出口铝箔的厚度，将测到的厚度送到DS21系统进行自动厚度控制。

低压配电主要是给各控制系统配电，如AC380V、AC220V、AC110V、DC24V等。

2 现象描述

当粗轧机开卷机卷径到900 mm以下时，容易出现断带，起初只发生在坯料道次，且时有时无（有时一批料不会出现一次），后来逐渐频繁，而且发展到2、3道次也会出现，发生断带时的开卷卷径也逐渐变大，1 200 mm卷径时也会出现。断带发生时，观察不到轧机运行参数和电机运行参数的任何变化，每次只有1个由DDC（Master）发出来的“断带”报警信息。

3 解决过程

由于没有任何明显迹象，无法确定问题所在，所以只能采用排除的方法进行解决。排除项目简述如下：

（1）检查更换铝箔断带检测传感器并检查其线路，排除因自动检测回路引起误断带信号，而使断箔刀误动作造成的断带；检查断箔刀手动按钮，排除因手动按钮引起断箔刀误动作造成的断带；

（2）检查工作辊、支承辊直径（包括轧制线）以及其他轧制参数，排除操作参数输入错误的因素；

（3）检查机体内部，排除机械刮擦因素；

（4）检查开卷机电机间的联轴器，排除开卷机联轴器的可能因素；

（5）检查驱动部分所有电流、电压波形，排除驱动部分状态不好引起断带的可能；

（6）监控驱动部分电机电流、电压、速度的变化情况，排除驱动控制不稳定因素；

（7）监控开卷机电机在弱磁状态下的情况，排除在开卷机电机弱磁点不正常引起断带的可能；

（8）检查测厚仪，排除因测厚仪不准，导致铝箔突然变薄引起的断带；

（9）监测轧辊位置数据变化情况，排除位置环控制异常的可能；

（10）检查带尾窜层情况，排除来料松卷的可能；

（11）检查坯料性能，排除坯料问题；

（12）重新启动所有系统，排除因控制程序或控制参数变化引起断带的因素；

（13）检查所有电机的电枢回路、励磁回路的接线[4]及其脉冲发生器的接线，检查紧固驱动部分控制系统接线以及接触器接点，排除因驱动系统线路触不良引起的断带；

（14）检查所有传动部分联轴器及减速箱；

（15）检查开、卷取机转动惯量补偿，排除动态补偿方面的因素；

（16）先后更换轧制力及负弯辊力控制伺服阀，排除因伺服阀引起的轧制力或弯辊力波动的可能因素；

（17）先后更换DDC A/D转换板以及模拟接口板，DS21系统D/A转换板及接口板，排除因电路板引起的张力控制问题造成的断带；

（18）更换卷取机脉冲发生器，检查其波形，排除卷取机两个脉冲发生器状态不好的可能性[5]；

（19）更换开卷机脉冲发生器，检查其波形，以便排除开卷脉冲发生器状态不好引起断带的可能性。但在更换开卷机脉冲发生器时，发现脉冲发生器与连接轴之间，配合不够紧密，有打滑丢速的可能，经过验证，这里就是问题的关键所在。

4 开卷电机脉冲发生器连接松动的原因

脉冲发生器（如图2）安装时，要用到尼龙轴套和卡箍（如图3），这些都是配套的。

图2 脉冲发生器

图3 脉冲发生器的尼龙轴套与卡箍

2000年以前买的脉冲发生器，尼龙轴套内径稍小，轴套厚度稍厚，与脉冲发生器的连接轴之间配合紧密，很容易用卡箍紧固，而之后买的脉冲发生器，轴套内径稍大，轴套厚度偏薄，与脉冲发生器的连接轴之间配合较松，即使卡箍紧到位，也很难卡死，当受到电机高速冲击时，脉冲发生器就有可能产生打滑丢速的现象。所以以前更换脉冲发生器时，都仍用旧的轴套，后来旧的轴套用完了就开始使用新轴套。该脉冲发生器大约使用了有半年的时间，刚开始不会有问题，但时间久了就会出现打滑丢速的现象。

5 带尾断带的原因分析

开卷机、卷取机速度调节器[6]（在TPS驱动系统中）在张力状态时，都工作在饱和状态（如图4速度调节器所示），电机电流的大小由DDC（Master）给出的电流基准值（CURRENT REF）来限制。图中01模块为PI（比例积分）调节器构成的速度调节器，02为电流限幅模块，其输出SAT为饱和数值，03和04组成饱和度监测程序，它会产生一个速度调节器是否工作在饱和状态的逻辑信号，并传输给DDC（Master）。

图4 速度调节器

速度调节器工作状态主要取决于其3个输入（其中△N始终为0，大部分设计为张力状态下投入一个适当的负值），只要3个输入的代数和不为0，速度调节器肯定为饱和状态。对开卷机来说，正常情况下，速度基准SLOPED N REF（来自DDC）值比较小，速度反馈N MEA⁃SURE值比较大（被动转动），速度调节器工作在负的饱和状态，但当开卷侧断带或开卷机电机脉冲发生器异常丢速时，都会出现SLOPED N REF＞N MEASURE的情况，此时速度调节器会退出饱和状态，通过03模块就会发出速度调节器不饱和状态的逻辑信号（1→0），经04模块的短暂延时（40 ms）后传输给DDC（Master）。

当DDC（Master）接到速度调节器不饱和状态的逻辑信号后，经过逻辑运算会发出一个“断带”信号，当“断带”信号一经发出，轧机就会出现快速停车、测厚仪关闭、前后张力开环（不受控制）等一连串的响应，原有的张力平衡被打破，即使并没有真的发生断带，也往往会造成断带（此时即使没有断箔刀，也照样会被拉断，只是有断箔刀会更安全）。

6 结论

开卷机电机脉冲发生器与连接轴之间配合不够紧密，当开卷卷径逐渐变小时，开卷速度会越来越快，转速快到一定程度时脉冲发生器出现了打滑丢速现象，致使开卷电机速度调节器退出饱和状态，从而使DDC（Master）系统误发出“断带”信号，“断带”信号发出后，轧机原有的张力平衡状态被打破，最终导致断带。更换脉冲发生器的轴套，并加工一批尼龙轴套以做备用。

［1］吴兴勇.实用网络技术［M］.北京：中国农业大学出版社，2015.

［2］彭利标，徐耀生，王芯.可编程控制器原理及应用［M］.西安：西安电子科技大学出版社，1999.

［3］马雯梅.电工手册［M］.上海：上海科学技术出版社，1993.

［4］（塞尔维亚）乌克塞维克.余龙海，刘光军，廖育武译.电机［M］.北京：机械工业出版社，2015.

［5］叶瑰昀.自动控制元件［M］.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2002.

［6］任志斌.电动机的DSP控制技术与实践［M］.北京：中国电力出版社，2012.