工控自动化应用方案：涤纶工业长丝纺丝机用变频器、可编程序控制器的维修

上海石化涤纶工业长丝车间一期引起的变频器主要为日本安川电机公司的VS-686TYM、VS-616HII系列，其逆变器采用大功率晶体管（GRT）；二期引进的变频器主要为安川VS-616G、VS-616T系列，其逆变器采用绝缘栅双极晶体管（IGBT）。可编程序控制器主要有安川的CO313MA、CP-813、CP-3300等系列。从1992年开始运行，随着时间的推移，故障也逐步增多，各种型号的变频器、可编程序控制器都有损坏。我们通过研究、摸索，克服了无图纸、无技术资料、无专用配件等困难，现已基本能修复各类故障的变频器、可编程序控制器及其它电气控制设备。 1. 涤纶工业长丝装置电气控制设备故障主要原因及维修 （1）负载端短路引起的变频器故障及维修 VS-686TYM、VS616HII变频器中的驱动板、GTR模块，虽有过流（OC）、过载（OL）、接地等保护，但在变频器输出端负载瞬时大电流短路时，还是会造成损坏。引起短路故障的主要原因是：由于卷绕机运行时A、B锭频繁切换，切换时电机引出线受到一定拉力，将使电机引出线固定部分松动，时间一久引出线就会逐渐磨损、磨穿，造成与外壳短路；卷绕机内切换电刷磨出的碳粉或电刷错位也会造成短路；还有电气箱内因清洗之间短路以及导线与外壳之间的短路等。 打开损坏的变频器可看到GTR模板已有一组或几组裂开，驱动板上部分元件已经发黑或裂开，有时强电流甚至会连印制电路铜箔也烧断。用万用表仔细测量每一个元件，可发现有一组或几组驱动单元元件成片损坏。由于驱动电路与GTR模块直接相连，如果一组GTR模块击穿损坏，则对应驱动电路上各组容元件、晶体管、厚膜电路也可能损坏，这时可仔细检测每一个元件，逐个更换。驱动部分与控制部分一般采用光电耦合器或含有光耦电路的厚膜电路相连接和隔离，所大电流击穿故障一般不会殃及控制部分。 由于变频器种类较多，其采用的元件也各种各样，许多元件国内无法购到，查各种手册也很难找到其参数，维修时可针对工况、功能及封装形式选用元件。比如，VS-686TYM变频器其功率输出模块采用TOSHIBA-MG50G2CL3，如果购原装产品每块需2500多元，且国内不易购到。我们通过对好的模块进行测量、分析发现这是一种采用大功率晶体管及续流二极管、加速二极管、电阻等组成的GTR模块，其工作极限电流IcM = 50A、电压Vce0 = 600V左右。在上海市场我们找到了技术参数基本相同、外形封装尺寸相近的SanRex GTR模块QCB50A60，只需400多元；驱动板上ET206大功率晶体管原装产品每块需100多元，推算工作状况IcM = 3A、Vce0 = 600V左右，这是一种塑封大功率、高反压NPN型晶体管，我们采用相同封装、优于其新性能的2SC1403，只需10元不到；2SA1010则可用MUR1020C代用……根据这一原则，我们代用了许多晶体管、阻容元件，成功地修复了各类变频器故障。以一台价值10多万元的VS-686TYM变频器为例，送日本修理起码也要2 ~ 3万元，而自己维修只需近千元。在检修更换元器件时如果代用品与原型号不同，应将三相（R、S、T）电路相对应的器件全部更换为同一型号的器件。另外，在修复后的变频器通电前，不要忘记查出短路原因，并排除负载短路故障，以免修复的变频器再次损坏。为此，我们对每台卷绕机进行定期检修，对松动的引出线及破损的保护套管及时更换；对电刷等经常擦洗并调整好位置；对电气箱内流入的碱液及时清洗、擦干，尽可能减少变频器损坏的几率。 （2）电子元件本身质量问题及自然老化造成的故障及维修 ① 电解电容器漏夜问题在各类开关电源和变频器中造成的故障尤为常见。工业厂丝车间从1992年引进一期设备后，前几年运行基本正常，至1995年后期开始故障急剧上升。特别有许多BY24010型、BY24005型24V开关电影，只要一停车检修，再次送电就不能正常运行。拆下检查发现元件无明显损坏迹象，通电试运行发现保护电路动作，使开关电源停振，经查看印制电路板比较脏，清洗后能使用一段时间又会重复出现故障。仔细查看发现脉宽调制集成电路SC70101P旁一红色longlife型100μF/35V电解电容器下有电解液渗出，改变了印制电路板的绝缘电阻，使开关电源RC振荡器停振，电源无直流输出。更换该电解电容器后，再对印制电路板清洗并喷上保护膜后通电运行正常。 IGBT集MOSFET和GTR优点于一身，具有输入阻抗高、速度块、热稳定性号、电路简单等特点，又具有耐压高和承受电流大等优点。但是，由于IGBT属压控器件，极易受外界干扰使栅射电压瞬时超过开启电压而引起器件误导通。为阻止这类现象发生，一般在栅射间并接一只10kΩ左右栅射间并接一只10kΩ左右栅射电阻Ras和小电容。以VS-616H系列变频器的制动单元为例，内部GT15Q101型IGBT器件直接安装在驱动板上，周围有滤波用电解电容器及并接的RaS电阻等。由于受IGBT散热片的烘烤以及电解电容器本身的质量问题，电解电容器常会引起漏液损坏。渗出的电解液导致印制电路板腐蚀、断开。由于受电解液及温度的影响，Ras电阻阻值会变大或开路，最终导致变频器在正常运行状态下IGBT误导通而损坏。维修时一定要更换质量较好的电解电容器，加大Ras电阻的功率，并对驱动板进行清洗、喷膜保护处理。 ② 高速纺油剂泵用VS-616G5变频器近期陆续有多台发生三相输出电压不平衡故障（缺相）。经查各台变频器复合IGBT模块7MBR30NF606无明显短路、击穿现象，基本正常。该变频器驱动电路主要由3块PC923和3块PC929帖面双列集成电路和外围元件组成，经通电测量驱动输出波形可以确认，驱动电路中定有1 ~ 2块PC923或PC929损坏，导致三相驱动电路故障，使变频器输出缺相。由于其他外围电路元件无损坏，说明主要是PC923或PC929本身质量问题引起的故障。PC923和PC929在国内很难购到，也无参数可查，无法用其它元件代用，经与上海同济安川专业维修部联系要来2块废驱动板，通过拆件已修复了6台VS-616G5变频器。 （3）使用环境引起的设备故障及维修 由于卷绕、牵伸等设备工作时处于多油雾、多纤维、灰尘的生产环境中，而电气控制设备工作时温度较高，需强制风冷，一般设计时均采用中央空调。这样中央空调难免会从生产环境中夹带入一些油雾、纤维、灰尘。以CP-313MA、CP-813系列可编程序控制器为例，大都采用74系列TTL逻辑数字集成电路和Z80系列CPU，极易受静电和油污腐蚀而引起漏电、短路、击穿等故障。打开多台损坏的CP-813可编程序控制器，电路板上均布满了灰尘、油污、刷去灰尘后发现有些电路板上铜箔已经腐蚀、发白、起泡以致断开，部分阻容元件引脚锈蚀、断开，连接好铜箔，更换好阻容元件后试车还有故障。我们参阅了各种常用数字集成电路手册、可编程序控制器使用说明书等，通电后一块块测量电路板上集成电路的逻辑电压，参照集成电路手册上的逻辑图找出来损坏的集成电路，进行更换修复。 2. 环境问题引起电气故障的预防措施 损坏的电气设备可以修复，但更主要的是怎样预防引环境问题而引起的类似故障的再次发生。加强电气控制设备的抗腐蚀性，增强绝缘性能是关键。我们试着将修复的各类可编程序控制器、变频器内印制电路板用无水酒精及电路板清洁剂清洗干净，再喷上电路板膜层保护剂进行烘干处理，用膜层将印制电路板上的电子元件彻底与外部环境相隔离，取得极好的效果。经多年的使用，再也没有发生类似故障。我们利用大检修或滚动检修对所有电气控制设计进行了轮流拆卸清洗、喷膜处理。在喷膜处理时接插件口可先用遮盖剂或塑料胶带遮盖，以保护好各类接插件口接触良好。通过清洗、喷膜处理后，许多不明原因的软故障也解决了。 在对电气设备进行处理的同时也要杜绝生产环境对电气设备的再次污染。我们对原来冷却用中央空调部分改用单独的小空调；对电气柜内的冷却风扇进行定期清洗更换；对还在使用的中央空调进风口加过滤网并每周更换，使因环境问题引起的故障原因降至最低。