鋁電解多功能機組的故障處理研究及應用*

張建平，楊建波

（1.云南文山鋁業有限公司，云南 文山 663000；2.云南浩鑫鋁箔有限公司，云南 昆明 650502）

隨著科學技術的迅速發展，鋁電解生產從早期的自焙槽發展到今天的多點進電大型預焙槽，自動化程度不斷提高，綜合經濟指標成倍增加，環保得到了徹底改善。而作為鋁電解生產工藝加工的最關鍵設備多功能機組（即pot tending machine），它由大車、工具車、出鋁車、空壓機、液壓站及電氣控制系統等組成，是集電氣、氣動、液壓、機械等為一體的高科技產品，是大型預焙陽極鋁電解生產的關鍵設備[1]，見圖1所示。它能完成預焙陽極電解槽的下列工藝操作：

圖1 電解鋁多功能機組組成Fig.1 Composition of electrolytic aluminum multi-functional unit

1）打殼：打開電解質結殼；

2）加料：覆蓋氧化鋁及破碎粉料（最大粒度≤10 mm），添加破碎面殼塊料（最大粒度≤50 mm）；

3） 更換陽極（雙扭拔）：擰開提起及落下擰緊螺旋夾具，吊走殘極，更換新陽極；

4）撈渣機構：把陽極坑內的殘極散塊及結殼電解質清理出去，以便安裝新陽極；

5）出鋁：出鋁并計量，實現精準出鋁；

6）提升陽極母線：吊運陽極母線提升框架；

7）完成安裝和檢修電解槽上部結構和下部槽殼及其它零星吊運。

由于多功能機組長期在高溫、強磁場、大電流（500 kA）、多粉塵及HF煙氣環境中工作，因此在實際電解生產中，有時會出現電氣、機械、液壓及氣動系統故障，但影響最大的是電氣系統故障[2]，尤其是PLC系統故障，一旦出現，它將影響到整個機組的運行，因此它的好壞直接影響到電解生產的正常運行。

某公司使用的鋁電解多功能機組是株洲天橋起重機股份有限公司生產制造，它的控制系統包括PLC（美國AB生產） 和變頻控制（變頻器為ABB）等系統構成；而且PLC是由CPU、交換機、輸入輸出模塊、D網和E網構成，通過工業以太網電纜連接[3]，它的主要優點是減少了信號之間傳輸的電纜，且電器控制系統更加可靠，減少了系統的故障率。

另外，在配電室安裝了工控機，它是通過工業以太網電纜和CPU直接相連，隨時可以監控設備的運行狀態和故障信息，大大縮短了故障排除時間，提高了設備的運行率。

1 電氣故障

多功能機組的電氣系統比較復雜，它包括配電設備（配電、控制、操作、照明、攝像頭）、PLC系統、編程軟件系統、變頻器、各種操作開關、電纜（動力和控制）、電動機、電動機驅動和控制器、隔離變壓器、絕緣及漏電檢測等，圖2為PLC系統示意圖。配電室防護等級IP54，控制柜雙層外殼。配電室內設有工控機，能顯示PTM的故障信息，具有程序讀寫功能[4]，圖3為PLC通訊模塊工作原理圖。

圖2 PLC示意圖Fig.2 Schematic diagram of PLC

圖3 PLC通訊模塊工作原理圖Fig.3 Working principle diagram of PLC communication module

電氣系統故障是整個多功能機組中影響最大的故障，而且是比較難處理，尤其是PLC故障，它不像普通的電路故障，通過直觀的判斷檢測可以確定它的好壞.而必須通過試驗、判斷或分析等才可能找出故障。最難的故障是CPU或網絡信號中斷，主接觸器不吸合，整個機組都不能供電；維修工只能通過仔細觀察CPU、交換機等模塊上邊燈的狀態或PLC程序來尋找解決問題的方案。

1.1 CPU

CPU模塊上的FLT燈是紅燈，可能的原因：①CPU存儲器故障，可采用周期性供電；②存儲器模塊故障，可切斷電源，從處理器模塊上取下存儲器模塊，重新安裝再通電，如果FLT LED由穩定點亮改變為閃爍狀態，則更換現有的存儲器模塊；③CPU/電源故障，可將處理器模塊置于另外系統并周期性供電，如果仍出現穩定點亮的FLT LED，則更換處理器模塊；如果FLT LED清除不亮，則檢測電源進線和電源模塊；④處理器微控制程序安裝不正確，如處理器已升級為不同的微控制程序版本，則檢查固件集成塊的型號是否和已升級的設備一致[5]。

1.2 處理器

處理器不在運行模式，可能的原因：①模式選擇不當或用戶程序邏輯錯誤，應檢查所選的處理器工作模式，如果處理器處在編程或測試模式，則嘗試改為運行模式；如在暫停狀態，則檢查用戶程序邏輯的暫停指令；②電源電壓超出工作范圍，應檢查220 V電源進線和檢測電壓[6]；③處理器或電源故障，可將處理器模塊裝在另一系統上，通電后再組態，并選擇運行模式，仍有故障，則更換處理器；讓現有電源給另一系統供電，如仍有故障則更換電源模塊。

1.3 系統

系統不運行，未檢測到CPU主要故障，可能的原因：①程序邏輯錯誤，可在RUN模式監視邏輯結果，檢查I/O狀態；②設備或接線缺陷，應檢查輸入和輸出狀態。

1.4 指示燈（RUN、FORCE）

RUN指示燈熄滅，更改控制器模式。

FORCE指示燈：①恒定琥玻色I/O強制處于活動狀態，取消強制；②閃爍琥玻色一個或多個輸入或輸出地址已被強制設置為On或Off狀態，但強制尚未被啟用，取消強制。

1.5 網絡傳輸

網絡傳輸錯誤。應在斷電后重新安裝交換機、網絡模塊和工業以太網電纜，如好則是連接松動；若不好則檢查交換機、網絡模塊和工業以太網電纜好壞并進行更換。

1.6 電氣故障采取的措施

為了降低多功能機組的電氣系統故障，保證多功能機組正常運轉，一般應提前做好其預防措施：每月對電器部件定期檢查一次；每周清掃一次配電柜和變壓器衛生，保持PLC的工作環境溫度；每月嚴格按PLC、變頻器的維護保養手冊進行維護保養；每三個月對機組各部位的絕緣測量一次；每三個月對配電柜內的端子排及各動力電源檢查緊固一次；每三個月對整車電纜和電機進行檢查；夏季必須每周對配電室的空調進行維護保養，保證空調正常工作[6]，使配電室的溫度不要超過35℃，為PLC、變頻器等電器元件提供良好的工作環境，每次維護必須仔細認真，且做好記錄，以便降低電氣故障的發生率。

2 液壓故障

2.1 電氣

在液壓系統較難的是電氣控制方面的故障，維修工在修理中有時會碰到這樣的問題，故障現象是：打殼機構不下降只上升。首先要想到是液壓方面有故障，通過手動液壓閥組發現打殼機構可以上升，從而確定液壓系統本身無故障，而是控制系統出現故障。先看PLC模塊輸入輸出點正常，中間繼電器的指示燈也亮，為此判定有信號電磁換向閥；但通過測量沒有24 V直流電壓，判斷中間繼電器故障。因為剛開始都是憑經驗判斷，認為只要指示燈亮，中間繼電器工作正常，因此在電氣維修中經驗只能參考，最終用儀器測量數據檢驗。電氣控制原理圖見圖4。

圖4 液壓系統控制原理圖Fig.4 Control schematic diagram of hydraulic system

2.2 機械內泄、外泄

液壓系統在使用中最容易出現的故障是外泄和內泄。外泄簡單，通過檢查就能發現泄漏點；內泄是由于液壓系統中元件的磨損，隨著時間的推移，內泄會越來越明顯，鑒別內泄的簡單辦法是測試系統滿載和空載時的工作周期，假如完成有載時的動作時間長，那么，可以懷疑有內泄或泵可能失效[7]。外泄解決簡單，通過緊固或更換密封件，內泄必須通過更換內部元件解決。造成泄漏通常是由于油液污染或變質引起的，因此在使用中要建立合理的濾芯更換周期、油箱內部清潔、管路和閥組密封好，防止油液污染；此外，要保證液壓站冷卻系統的正常運行，防止油液變質[8]。

2.3 液壓故障措施

液壓系統在使用中定期檢查油液，一周對管路和閥組等連接部件緊固一次，一個月對液壓站的所有部件詳細檢查一次，并認真做好記錄。對于空壓機的日常維護按照空壓機的使用維護手冊結合車間實際使用情況進行。

3 氣動故障

1） 多功能機組上的氣動系統的空壓機是滑片式空壓機，圖5為其結構示意圖，它的好壞直接影響到多功能機組的打殼、抓斗功能及出鋁功能，通?？諌簷C會出現排氣高溫、溫度傳感器失靈、壓力傳感器失靈、系統壓力過低或超高、空氣中含油量高、進氣口返油等故障，通過檢查油分離器中的油位、冷卻器的表面衛生、油過濾器、傳感器、止回閥、油分離器、卸載閥等元器件來消除故障；

圖5 空壓機結構示意圖Fig.5 Structure schematic diagram of air compressor

2）氣動故障措施：對于空壓機維護保養的方法是：每周檢查油位、檢查并清潔氣水分離器、清潔油冷卻器和后冷卻器、吹掃空濾，每季度更換回油閥濾網、更換空濾、更換潤滑油、更換油過濾器、電機軸承進行加油、緊固電控柜線路和電機的接線端芯；每半年更換油氣分離器芯等。

4 天車故障及措施

1）天車的故障。在多功能機組的使用過程中，由于天車工誤操作失誤或者意外碰到天車遙控器的“測舊高”或“測新高”開關，導致多功能機組陽極測高系統的探桿在電解槽中下降，致使探桿及與探桿相聯的激光探頭箱碰撞到電解槽或電解槽立柱母線，造成陽極測高系統的探桿彎曲變形、激光探頭箱損壞；

2）采取的措施。通過分析研究在多功能機組的工具小車上增加一個限位開關，限位開關信號與陽極測高系統的控制部分互鎖，當工具小車行駛至電解車間出鋁端大面時，限位開關輸出開關量信號，陽極測高系統處于工作狀態。而當工具小車運行至電解槽上方時，陽極測高系統處于完全斷開狀態，既使人為操作測高系統的“測舊高”和“測新高”，均不能造成測量探桿動作，從而避免人為造成陽極測高系統損壞。

5 輔助裝置的改進

此外根據現場的維修和實際使用情況，還在多功能機組的陽極扳手油缸上增加保護裝置、儲氣罐上增加自動排水閥、下料管彎頭內增加耐磨材料，對精準出鋁風源由空壓機供風改為地面供風，通過這些改進，不但降低設備的故障率及職工勞動強度，而且還降低了生產成本，提高了設備運行率。

6 應用效果

1）電氣：多功能機組的電氣故障通過不斷的學習，結合每次處理的經驗總結，效果分享及日常的維護保養，機組的PLC故障率明顯降低，而且處理故障的速度也顯著提高，現在多功能機組維修工幾乎80%以上的人員對普通的電氣故障都能處理，確保機組電氣系統正常運行；

2）液壓：要維護好液壓設備，首先要從油品的源頭抓起，再加強現場關鍵部件的精心維護保養，嚴格檢測及更換機制，就能夠保證液壓設備的穩定運行；

3） 氣動：空壓機故障一般通過學習《AL55（京潤版本）壓縮機操作手冊》就可以解決。但多功能機組上的空壓機不只是一個獨立的控制系統，它有一個遠程控制系統和PLC聯系在一起，所以在出現故障時，考慮點要多，思路要廣；必要時通過工控機在程序中看各部分的運行情況，查看是程序問題還是空壓機本身問題，有目標地去檢查排除，以使空壓機的故障及時排除，確?？諌簷C正常運行；

4）天車：自從改完后，再也沒有出現由于天車工誤操作造成的陽極測高損壞，降低了電解工和維修工的勞動強度，降低設備維修成本（每換一根探桿或一個激光探頭箱需2 500元）；提高了人員換極中的安全性，提高了設備的利用率；確保電解換陽極的精度和電解槽的安全平穩高效運行。見圖6所示。

圖6 天車運行前后對比圖Fig.6 Pictrues of overhead crane before and after its operation

通過定期對多功能機組電氣、液壓及氣動系統的定期維修保養，機組的故障率明顯降低，處理故障的效率提高，機組的完好率明顯提高，確保電解生產的正常運行。

7 結語

1）多功能機組的結構較復雜，機組的維護保養和故障處理是一項長期復雜的工作;

2）針對鋁電解多功能機組在生產作業過程中出現的電氣、液壓及氣動故障，需要維修人員不斷結合設備的實際使用情況，摸索維修經驗;

3）要對設備進行有針對性的處理，這樣才可以完善其性能，提高完好率及工作效率。