WK-35挖掘机变频系统光纤触发故障分析

2020-04-12周荣

机械管理开发 2020年12期

周荣

（太原重工股份有限公司，山西太原030024）

引言

近年来，WK-35变频挖掘机在国内外大型露天矿得到广泛使用，其电气系统采用“上位机人机界面+PLC现场总线+变频传动”组成的三级控制系统。变频器采用西门子6SE70系统与西门子S120系统。在挖掘机的运行中，频繁出现与触发回路相关的故障，经常采用更换相关模块备件来解决故障，在时间与经济上造成了很大的浪费。本文从触发回路原理、影响光纤触发因素、处理方法及经典故障等方面对变频器系统光纤触发故障进行深入分析，对此类故障的处理提出更优的解决方案。

1 变频器触发回路

1）6SE70变频器触发回路是由控制模块CUVC发出触发指令，经由接口模块IVI发出光纤触发信号，到触发模块IGD，从而控制IGBT的导通。同时触发模块IGD将IGBT的Uce保护信号经接口模块IVI传回到控制模块CUVC，完成整个触发过程。触发模块IGD的电源是由电源模块PSU2提供的DC15V，详见图1。

图1 6SE70变频器触发回路

2）S120变频器触发原理与6SE70触发原理类似，区别在于接口模块与电源模块集成在接口模块CIM上，触发模块IGD的电源是DC24V，详见图2。

图2 S120变频器触发回路

2 光纤触发故障原因

通过对触发回路的框图分析，触发回路故障主要由控制模块、接口模块、触发模块、电源模块、功率模块以及控制模块与接口模块之间的连接、触发光纤等引发，而由光纤触发引起的故障占比最大。

光纤具有防电磁干扰，耐温性、抗化学腐蚀与抗氧化性强，传输速率快等特点，在变频器中得到广泛的使用。

WK-35变频挖掘机主要用于大型的露天矿，露天矿上振动大、灰尘大、电网不稳定的工况是影响变频器正常运行的主要因素。电网不稳定对光纤的影响比较小，振动与灰尘会导致光纤折断、光纤皮磨破漏光、光纤头粘灰，光纤接头座松动、光纤接头座内部进灰。任何东西都是有寿命的，光纤及其相关元件因工况的原因，大约10年左右的时间就会进入老化期。这一系列的影响都会导致相应光路上的信号发送与接受强度下降，从而使IGBT栅极驱动信号不稳定，轻则引发触发故障，重则引起炸机事故。

3 经典故障

3.1 6SE70系统

1号AFE与2号AFE在高压启动后，控制面板均显示开机封锁（008）状态。通过设置参数P555、P556、P557全部改为1，即取消急停信号的限制，依旧显示开机封锁（008）状态，判断该故障与外部急停信号无关，是柜内触发回路故障。先处理1号AFE，柜内的积灰特别严重，对柜内进行清洁处理，尝试更换控制模块、接口模块、电源模块，故障均未消除。在通电时发现U相的Uce保护反馈信号特别弱，判断触发模块故障的可能性大。因更换触发模块的工作量相当大，故先使用无水酒精对光纤头进行清洁，再使用针管灌满无水酒精，对触发模块上的光纤头座内部进行细致冲刷清洁，内部长期积灰，酒精冲出来的均是黑色的液体。恢复后，通电，开机封锁故障解除。2号AFE与1号AFE故障现象类似，使用同样的方式处理后，设备正常运行。

3.2 S120系统

挖掘机是在相对重载的情况下，ALM报F06200（主电源相位故障）与F30017（硬件电流限制响应过于频繁）。柜内积灰比较严重，对柜内进行清洁处理，观察硬件变化，故障发生时，1号CIM接口模块指示灯变红，更换同版本型号的CIM接口模块，故障未消除。对W相并联电流实际值在线做Trace，见图3，从并联电路W相电流实际值曲线上看出，1号ALM与2号ALM的W相均只有半个桥臂触发，判断触发回路故障。因更换POWERBLOCK模块工作量相当大，故先使用无水酒精对光纤头与光纤接头座进行细致清洁，恢复后启动设备，对1号ALM与2号ALM并联电路W相电流实际值做Trace，见图4，触发正常。试车运行，故障解除。