ZL29成型机胶水泵温度异常故障分析与处理

徐 敏，李超华，奚达炫

（广东中烟有限责任公司广州卷烟厂，广东 广州510000）

1 故障现象

ZL29型纤维滤棒成型机组[1]是在德国HAUNI公司AF-KDF4的基础上消化吸收并制造的新一代滤棒生产设备，分YL19型纤维开松上胶机和YL29型纤维滤棒成型机两部分，如图1所示，运转速度可高达600 m/min（是迄今单通道纤维滤棒成型设备的最高速度）。其采取了全新的设计理念，大部分的操作都是在VISU（图文显示系统）上完成的。除了控制机器运行功能的操作面板外，还可以查看生产/质量统计分析、诊断信息及在线服务帮助，进行参数设置、助手功能等，功能十分强大。

图1 ZL29机组外观图

如图2所示，ZL29成型机组在正常运行时，电机M216通过一根齿形带驱动热熔胶泵将胶水从热熔胶罐输送到热熔胶喷嘴并作用到纸上封口处。同时热熔胶经过的路径上有以下几处被加热：热熔胶罐中的加热器E100将胶粒熔化后流入热熔胶室并通过加热器E110继续被加热；热熔胶泵（加热器E120）将胶水通过胶水软管（加热器E130）输送到热熔胶喷嘴（加热器E140）；喷嘴喷涂到纸封封口处被导纸板装置（加热器E150）导向至滤棒成型处。但是，实际运行中，VISU经常显示封口胶水泵温度异常故障。正常状态下，胶水泵温度应保持在设定值120℃20℃左右，异常状态下，胶水泵温度骤然上升，飙至160℃以上，有时甚至超过200℃造成机台温度超限停机（系统设定实际温度与设定温度相差35℃以上时停机），见图3。

图2 供胶装置结构图

图3 温度超限时系统报错停机

2 故障分析及解决

机组控制系统以倍福控制器为核心，采用了新一代的工业控制技术，内部网络由EtherCAT以太网、Profibus-DP、AMK 的 CAN SYNC-BUS、AMK 的AC-BUS组成。图4为ZL29整机接口和总线概览。其中Profibus-DP（PB-DP）现场总线是整机设备的控制网络，负责控制指令的传输和现场I/O状态的采集。

图4 ZL29机组接口和总线概览

控制系统接收现场采集数据后，显示至VISU人机操作界面，并经处理下达指令送至各相关执行机构。此过程涉及软件组态、硬件组态、继电器、检测元件、执行元件、传输电缆等多项内容。

封口胶水泵温度控制系统中，信号的传递经4个环节，各环节过程层层衔接，形成一条完整的控制环路（见图5）。根据该控制环路可大体判断，封口胶水泵温度异常可能存在的原因有：（1）执行元件故障；（2）检测元件故障；（3）传输线路故障；（4）现场分布输入输出模块ET 200S故障；（5）PLC及Beckhoff中央控制模块故障；（6）内部控制程序故障。

图5 控制环路

以上任意故障都可导致封口胶水泵温度异常。排查故障点时按照信号传递方向，结合PLC及各元器件等相关知识，依次检查逐级排除，有效定位出故障点后再予以消除解决。

2.1 执行元件

封口胶水泵温度升高，有可能是执行元件加热器发生故障，不停加温。查阅《ZL29型纤维滤棒成型机组电控系统》可知，电机驱动热熔胶泵将胶水从热熔胶罐输送到热熔胶喷嘴并作用到纸上封口处，热熔胶经过的路径分别有加热器E100、EI10、E120和E130加热防止胶水固化，E120即是我们需查找的胶水泵加热器。

如果胶水泵温度线性升高，则需检测E120是否损坏，其连接线路是否正常，但据观察，VISU显示故障现象为温度骤变，直接从140℃升至160℃，甚至200℃以上，考虑到实际情况，基本可以排除加热器故障。

2.2 检测元件

根据显示温度骤变现象判断，封口胶水泵的温度传感器可能出现故障。查阅《ZL29型纤维滤棒成型机组电控系统》中的检测元器件表发现，胶水泵温度由铂电阻R120检测，型号为Pt100。Pt100温度传感器是一种以铂（Pt）做成的电阻式温度检测器，稳定性和线性较好，可工作在-200℃至650℃范围，其电阻和温度的变化关系式如下：R=R0（1+aT），其中a=0.00392，R0为100 Ω（0℃时的电阻值），T为摄氏温度。Pt100铂电阻RT曲线如图6所示。

图6 Pt100铂电阻RT曲线图

此时需用万用表检测胶水泵温度传感器R120，若测得的阻值相对应的温度与当时显示的胶水泵温度基本相符，在允差范围内，则可说明胶水泵温度传感器R120正常，不是造成胶水泵显示温度异常的要因。如若检测到阻值与温度对应值偏差较大，则需更换铂电阻，更换时注意型号是否匹配。如图7、8所示为实际操作中利用数字万用表检测电阻值，测得的电阻值为139.6 Ω，设备显示的温度为103℃，基本对应，故可判断铂电阻正常。

图7 检测R120阻值

图8 测得R120阻值

2.3 传输线路

线路传输（图9）出现故障也有可能造成温度显示发生骤变。检查R120温度检测器出线端子的插针与插孔，看是否存在松动，连接不牢，或者老化、异物堵塞等现象。可用风枪清洁孔内异物，然后再用电子元件专用清洗剂对端子的插针与插孔进行清洁，如图10所示，安装时注意加固端子的连接，反复确认，保证R120温度传感器出线端子线路连接效果。

图9 供胶装置及其线路

图10 清洁插针及插孔

排查完R120温度检测器出线端子线路后，若故障依然存在，则不是造成胶水泵温度显示异常的原因。

2.4 ET 200S I/O模块

查阅相关电气原理图[2]，见图11，可发现胶水泵温度传感器R120测得的温度作为模拟量输入给了现场分布式子站A320-A14模块。

图11 封口胶水泵部分电气原理图

因为ZL29采用了现场总线控制系统，所以YL29配置了一些现场分布式子站（见表1）。子站A320传输采集到的胶水泵温度模拟量至PLC，经处理后输出控制加热器E120，实现封口胶水泵温度的平衡与稳定。

表1 现场分布式子站列表

判断方法为：首先检查A320-A14分布式I/O模块的接线端子，看连线是否均正常，是否有松动或接触不良。由于ET 200S对安装及运行环境有一定要求，在机器运行当中，产生的振动及飞尘有可能致使A320-A14模块与底座接触不良，造成信号传输故障。可将A320-A14模块及其底座拆卸并用专用清洁剂喷洒清洁，如图12、13所示，同时为了预防其他模块也存在同样问题，对其他模块和底座也可以一起进行清洁，注意重新安装时应紧固，确认连接效果。

图12 拆除I/O模块及底座

图13 清洁A320-A14模块

2.5 PLC及Beckhoff控制模块

如若经过上述步骤排查后，故障依然存在，则可以怀疑故障是由PLC及Beckhoff控制模块引起。

PLC及Beckhoff具有很高的可靠性，根据经验发生故障的部位大多集中在输入输出部件上。而且它们具有一定的自检能力，在系统运行周期中都有自诊断处理阶段，抗干扰能力强，本身一般不会出问题。但由于外部电路设计缺陷，负载短路或过流、环境条件恶劣等，可使其内部损坏、程序混乱、动作失误等。

首先可检查该模块的输入输出，观察信号灯是否正常，并用万用表检查输入输出是否正常。若是硬件出现问题，则更换该模块；若是软件故障，则需对该模块进行重新复位或加载程序等步骤，详细可见PLC[3]及 Beckhoff操作手册[4]，在此不赘述。

2.6 实际故障处理

按照以上顺序，对故障设备的原因部件进行检查，在对ET 200S I/O模块检查安装好后，整理检查确认无误上电，等待温度的回升，一切就绪正常开机后观察封口胶水泵温度显示发现恢复正常，无报警状态等故障信息，持续跟踪机台一段时间的生产情况，发现无此异常现象报出，至此故障解决。

3 结束语

通过对ZL29成型机胶水泵温度异常故障产生的原因进行分析，结合现场实际排查故障并处理，能快速有效解决此类问题。由于成型机组工作环境粉尘较大，并存在一定的振动，有可能导致线路松动，部件虚接，引发各类故障，故在机台生产和日常保养中，应对线路接口、敏感部件等做好清洁保养处理，并定期检查是否有线路接口松动，及时紧固，降低元件故障率，有效提高机台运转率，保证生产正常。

由这次故障处理过程可发现，多数电子元器件比较敏感脆弱。若想延长其正常工作时间，需定期对其检查维护清洁保养，特别是平时生产中故障频率高的元件，应予以密切关注。降低元件故障率，能有效提高机台运转率，保证生产正常。