SMS连铸连轧生产线通讯电缆故障分析及处理

黄奇志 江新

摘 要：本文就铜陵有色铜冠铜材分公司SMS连铸连轧生产线出现的铸机塞棒电机出现的通讯电缆故障，简要介绍了其控制原理等，并对此故障处理进行了探讨及总结。

关键词：塞棒电机;通讯电缆;故障

一、控制系统简介

铜陵有色金属集团股份有限公司铜冠铜材分公司，2013年引进引进德国SMS Meer公司的CR3500连铸连轧铜杆生产线，其中配套美国Hazelett 双带铸机。

铸机中的塞棒电机（西门子1FK7080-5AF71-1UA0）的控制由西门子控制器U15， S120驱动电源模块U35以及塞棒电机模块U25实现。

塞棒电机具体电气控制如下：

塞棒电机带有编码器（STOPPER ROD RESOLVER），即“旋转变压器”， 编码器与控制单元之间由DRIVE-CLIQ通讯电缆连接。

二、故障情况描述：

2019年8月16日，2019年8月25日及2019年9月4日，先后出现三次铸机塞棒电机通讯电缆故障，故障报警在操作台上显示为塞棒驱动故障（stopper drive fault）， 在控制器（U15）上显示为F31885。

对于故障报警情况，根据西门子SINAMICS S120手册，可以查看其故障和警告列表如下：

即表示编码器与控制单元之间的DRIVE-CLIQ通讯有故障。

后更换通讯电缆后均正常。

三、故障原因分析：

三次故障均發生在铸机正常停机，之后准备生产时出现。

在第一次出现故障后，即更换了控制器U15， 塞棒电机模块U25，另外更换了塞棒电机（内装配编码器）整体。

在第三次出现故障后，又更换了S120驱动电源模块U35。

2019年9月4日检查故障的通讯电缆，发现靠近塞棒电机编码器一侧出现短路情况（编码器的工作电压线）。其另外4根信号线也短路。

另外，检查此前的8月25日出现故障的通讯电缆，其故障情况和上面一样。

解开通讯电缆，详细查找故障点及故障情况，发现在靠近编码器侧约80cm处，六根线都明显出现因过热导致线缆绝缘层破坏的状况，可见内部铜丝裸露，所以六根线之间发生短路（1，2，3，6及A，B）。最后两次都是一样的故障，且故障点位置也差不多。

故此归纳起来发生编码器通讯电缆故障情况为1、均发生在塞棒电机启动时（此时约有1小时时间烘中包）;2、通讯电缆出现短路类故障，且短路点靠近塞棒电机侧。所以需要分析什么原因导致通讯电缆短路。

出现通讯电缆短路，原因有外部高温、挤压等情况;或是大电流流过通讯电缆。所以需要重点分析此通讯电缆连接的器件即编码器。

（一）、外部高温、挤压等情况

检查损坏的通讯电缆，由于电缆外观没有异常，所以几乎可以排除其外部高温、挤压等的可能。

（二）、大电流流过通讯电缆情况

对此需要分析编码器Resolver。，编码器Resolver实际上存在着两个旋转的变压器，前一个变压器的初级是固定在定子上的输入线圈，次级是转子上的第一个绕组。通过参考电源（Ref +/-）为输入线圈施以正弦交变电流，Resolver 的转子上就会因电磁感应而产生一个交变电流，由于这个变压器的绕组中心是在转子旋转轴线上的，因此无论其角度位置如何，转子上感应产生的电流都是相同的，也就是说，在转子线圈回路中的两个绕组上都会有一个固定的交变电流。

故障发生在塞棒电机得电的时候（在铸机正常停机，之后准备生产），有大电流流过通讯电缆。理论上分析有如下情况会导致此：

1、编码器Resolver参考电源（Ref +/-）出现高压，即在输入线圈侧本身就会产生大电流，同时会导致输出线圈侧产生高压，并产生大电流。

2、如果接地有问题，会导致大电流流过通讯电缆。

3、编码器Resolver本身出现故障。

对于第一种情况，则说明塞棒电机模块U25有异常，如果这样，那么应该更可能在靠近U25侧（在距离塞棒电机侧约30米远处的控制室）的通讯电缆过热短路。但是由于此模块在第一次出现通讯电缆故障时即已经更换过，且塞棒电机模块U25自身有很多保护。另外检查此模块中DCP，DCN以及24VDC电压正常，并且不至于出现在塞棒电机得电的时候。故此基本上可以排除。

第二种情况则是说明大电流不是出自塞棒电机模块U25，那么可能在于塞棒电机侧接地出现问题。

而且如果接地出现问题，将会导致感应电压，在编码器Resolver中由于实际上存在着两个旋转的变压器作用下，极有可能产生高压及大电流，况且之前更换过塞棒电机，完全可能是没有接好接地线。随后对于接地进行检查，未见异常。

第三种情况则是说明编码器Resolver中输入线圈绕组近似短路，但是检测其阻值正常，而且在换过新电缆后运行正常一段时间。故此基本上也可以排除。

所以至此，对于造成通讯电缆故障的所有可能都进行了排除，问题点并未找到。我们对于通讯电缆发生的故障位置，以及发生的时间段再次分析，并对于在此状况下现场检查，发现此时间段正是天然气烘烤浇包的过程。由于此时烧嘴的火焰是喷射状态，塞棒电机离此距离不远，且因急于恢复生产，后来更换敷设的通讯电缆路径未严格按照技术规范要求，所以高温可能导致电缆损坏。

为了验证此分析判断，我们将一段通讯电缆放置在靠近浇包位置，在天然气烘烤浇包后进行测试，发现通讯电缆绿色的绝缘外皮并没有明显变化，但是其内部的电线绝缘已经发生明显老化，其中有些电线之间已经粘接在一起而短路，这个试验验证了我们的分析判断。

四、结论：

本文就铜冠铜材分公司SMS连铸连轧生产线出现的铸机塞棒电机通讯电缆故障，对其故障情况进行描述，以及故障原因进行分析，我们认为此类故障有一定的隐蔽性，所以给故障处理带来很大的难度。但是重点就通讯电缆发生的故障位置，以及发生的时间段分析，是我们此次处理故障的启发。

通过本次故障处理，同时我们也给出相应的对策，一是严格按照技术规范要求，对于更换敷设的通讯电缆安装在单独的、够强度的钢管中，钢管远离EMI及RFI电磁，离动力电缆一定的距离。二是通讯电缆路径尽可能的短。三是增强通讯电缆的耐温防护，即在与中包之间增加隔热装置，同时通讯电缆本身增加隔热套管。

参考文献：

[1]《Hazelett CR3500 Electrical System Mannul》.

[2]《SINAMICS S120/S150》.

[3]《Resolver 是怎么工作的 》.

作者简介：

黄奇志，1967年6月，安徽桐城人，现供职铜陵有色铜冠铜材公司，高级技术主管，学士学位，研究方向电气自动化。