浅析300KA智能槽控机主板故障处理

浅析300KA智能槽控机主板故障处理 中铝山西华泽铝电有限公司 作者:张忠仁 摘 要:预焙铝电解槽的工艺控制系统是一种复杂的非线性时变系统,具有模型的不确定性,控制难度大。现阶段应用于铝电解槽生产控制的槽控系统多采用CAN通信协议构成网络体系,每一台电解槽配备一台槽控机作为直接控制级。铝电解智能槽控系统内部结构设计为多CPU智能分布式网络结构形式,并将电压采集、电流转换、和CAN通讯等器件集成于统一一块固定的,并可相对独立运行的电路板(主板)上,不仅满足电解生产的实际需要,更方便技术人员对设备的维护。 关键词:时变 不确定 通讯协议 智能 主板 1. 概述 铝电解控制系统是电解铝生产过程中最重要的控制技术之一，是电解铝生产过程的控制核心。铝电解控制系统由槽控机、通讯设备、接口机、管理机、服务器等几部分组成，槽控 相结合方式提机是其最重要的设备。在工作站与现场之间，系统采用光纤通讯与CAN总线高通讯的速度，进行数据传递，从而实现对电解槽的实时监视和控制。现阶段，H公司使用的国内某大型设计研究院开发的SY-300KA系列槽控机，该槽控机最重要的特点就是硬件上采用了大板式结构，也就是将原来独立的各个板卡集成到主板上，通过CPU进行统一的调度管理。内部采用先进的现场总线控制技术和网络通信技术，按照采样、转换、解析与输入输出等相对独立的功能模块，设计成一个整体的、智能化的主板。该主板上有自己的CPU, 通过内部CAN总线网络实现与服务器的数据交换和网络体系中多CPU的并行运行、多CPU协同工作，也可脱离上位机及服务器独立运行。因此综合数据处理能力强大，能很好地满足高度智能化控制的要求。 图 1 槽控系统信号传输示意图 2. 现状 计算机站是电解生产的控制核心，也是电解生产的技术核心，不仅负责日常电解生产的技术控制与调整，同时也是铝电解生产技术升级和设备改造的最前沿，更是电解铝行业竞争优势的集中体现。公司现阶段共有电解槽348台，生产控制用槽控机采用国内某大型设计院生产的SY-CKJ300KA智能槽控机。 自公司投产至今，单槽运行寿命普遍已达到 1000日以上，槽控机在长期不间断运行过程中，受电解生产强磁、高温、粉尘等恶劣环境影响，故障频发，其主要故障如下所示: 序号 故障代码 故障内容 备注 1 故障1 1、2JC未吸合 2 故障2 1、2JC粘连 3 故障3 3、4JC粘连 4 故障4 定时部分故障 5 故障5 空开跳闸 后改 6 故障6 主电源跳闸 7 故障7 电机缺相 已消除 8 故障8 V/F诊断失败 9 故障9 阳极升开关粘连 10 故障10 阳极降开关粘连 11 故障11 接触器粘连跳闸 已消除 12 故障12 上限位器故障 后改 13 故障13 下限位器故障 后改 14 故障20 手动 表1 槽控机故障代码查询表 在处理槽控机故障过程中，可以通过上表对故障一一进行处理，但有时主板故障也会引起上表中的问题，这就要求维护人员处理故障时，要精准的确定是由于槽控机其他部件故障还是主板问题引起的故障。在此种情况下，主板修复的工作日显重要，如何能将主板故障及时查出，并能迅速解决，是槽控机系统稳定运行的重要保证。 3. 可行性 随着槽控机硬件故障率不断上升，这就要求技术人员对槽控机故障的处理要不断深入和彻底。在最初的故障处理过程中，主要是对槽控机部分元器件进行更换，简单的对板卡进行功能恢复，但一部分板卡存在着硬件的损坏，需要一定的专业工具进行修复;另一部分板卡由于技术原因无法判断哪一部分发生了故障，这就要求故障判断和解决的能力需要不断提高，同时，部门需要将故障检测和硬件修复彻底分离开来。 首先，要槽控机电工维护作业，在故障的判断方面需要严格进行的规定和个人的实 际锻炼;然后是对槽控机内部器件，特别是板卡的更换和保存;最后是专业技术人员根据故障情况的相应处理，并为继续使用进行储存。整个过程中需要明确各方面的职责，否则就会造成板卡堆积，修复困难等问题发生。 通过对整个流程的分析，我们不难看出:只要把握住现场维护人员的故障处理能力和技术人员主板修复水平，主板的修旧利废工作就能有声有色的开展起来，并最终达到自给自足。所以，从技术角度来分析，完成对槽控机主板的修复工作是完全可行的。 图2 槽控机主板修复流程示意图 4. 主要思路 4.1 搭建试验台 主板修复的前提是要建立科学的、合理的实验台，实验台包括软硬件设备和基础的运行环境。 实验平台软件环境的建立包括正常生产过程中使用的监控系统、数据库、测试软件、槽控程序等;实验台需要的设备包括工控机、槽控机、通讯转换模块、电器维护工具及电子测量仪器等。 4.2 建立软件环境 随着铝电解控制系统在电解槽上的广泛应用，铝电解自控技术在我国已发展至一个比较成熟的阶段。铝电解控制系统的功能包括:对物料平衡和热平衡的快速变化进行实时过程控制、电压与氧化铝浓度的调整、异常槽况的监控与报警、生产报表的生成等功能。修复主板的软件故障主要是对其各部分功能的恢复，这就要求对铝电解控制系统的熟悉，以及工艺的了解，在此基础上安装基础软件，主要包括:建立以SQL server2000为中心的数据库，配置好Windows 2000操作系统，搭建科学合理的数据连接，保证前端程序与数据库顺利的连接。鉴于主板修复环境的槽控机为一台，所以在建立数据库实例的过程中，可以考虑精简数据库的结构，并可根据实际情况在实验用工控机上安装简易的数据库。这里需要指明的是，除实验用监控程序之外，还需要安装调试软件，对主板各部分功能进性检测，初步确定主板故障部位。 图3 系统参数配置单 图4 测试软件界面 4.3 保证硬件的连接 为了保证实验平台同现场的布线和配置一样的目的，尽量不减少任何一个通讯及控制设备。以干电池组通过可变电阻提供4-20MA的电流信号，在5V电源经可变电阻取4V左右的电压信号，通过I/F转换器、通讯转换模块、总线驱动器、CAN卡等建立槽控机与工控机的连接，实现模拟监控，进一步确定故障原因。 图5 实验用槽控机电流信号传输示意图 4.4 确定修复思路 要想完全掌握主板修复技术，只有在对主板个功能模块及组成深入掌握的基础上，才能对槽控机主板故障进行整体的、全面的修复。经过反复对槽控机主板电路图进行研究，根据主板线路走向和元器件布局将主板分成六部分:1、定时单元2、输入单元3、输出单元4、数据处理单元5、V/F转换单元6、CPU单元，然后根据槽控机主板经常出现的故障分为:通讯系统故障、电流采集故障、电压采集转换故障、定时器电路故障、输入回路故障和输出回路故障。这样在检修时就可以将故障锁定在较小的范围，容易理清思路，找出问题的关键部位，防止盲目更换，甚至扩大故障。 5. 一般检查方法 步骤 故通讯故电流故电压故输入故输出故 障 障 障 障 障 障 检查通讯检查信号 槽电压 触摸按钮 继电器 1 采集信号 电压转换模通讯线路 线路检测 排线插座 检查排线 2 块 V/F转换回光电藕合检查驱动通讯模块 电流模块 3 路 器 器 光电藕合主频震荡 主频震荡 缓冲器 4 器 CPU功能CPU功能模模块工作驱动器 触发器 5 块工作情况 状况 6. 常见故障处理 6.1、无通讯无电流的处理 在投产初期，经常出现无通讯无电流现象。经多次现场观察和分析，最终确定原因是由于电解槽在启动期炉门敞开，热辐射造成槽控机温度过高，BH1908损坏造成的。BH1908在电路中起分频作用，它将2MHz变为固定的10Hz，由于该芯片为可插拔元件，容易受高温和感应电场的影响而损坏。刚开始采用更换得方式，但由于故障率太高，最后经与设计院联系对电路进行改进，用EPM7032S代替BH1908，故障率大大降低。 6.2、电压显示异常或效应指示灯常量 有时会出现槽电压正常，但却发出效应指示，维修人员通过主板恢复后过一会又出现这一现象，一般情况下是电压切换芯片CD4066坏，更换新的故障即可解决。 6.3、定时电路故障 故障现象是送电后D1常亮，自检后出现01故障指示，此现象多为IC4(74HC00)和IC1(74HC123)集成块损坏造成，用电烙铁将其拆下，更换新元件，在更换中应注意电烙铁温度不可过热，小心损坏集成块;焊脚清理干净，防止短路。 6.4、无电流的处理 出现无电流故障时较危险的故障，它将使槽控机误动作造成压、拔槽、效应，严重影响电解槽的安全运行。出现这种情况应按照以下步骤检查a、检查信号b、线路检测c、电流模块d、时钟震荡(协调电流)e、CPU功能模块工作情况。在确认线路、信号、cpu正常情况下，问题多出现在电流芯片(SN75176BP)上，通过测试各脚电压值可以判其好坏，若电压值不正常则更换集成块。 7. 整理储备 主板修复完成之后，需将应用程序输入CPU,其方法是:调用工控机内槽控机控制程序，通过RS232接口从计算机读取程序，再经过RS485接口将数据信息发送至槽控机主板上的电可擦除CPU芯片，完成写程序操作。将主板的调试跳线取下，安装到正常运行的状态上，将地址跳线设为“1”，再安装在实验槽控机上试运行，确定正常后交由电工班使用，同时做好维修的详细记录。 图6 槽控机主板写程序界面 8. 结语 铝电解控制系统在生产中的作用，随着电子、通讯、网络等技术行业的不断发展，将会在电解铝行业中更加凸显，而作为智能槽控机的核心部件，槽控机主板的修复也将变得越来越重要。通过对槽控机主板的全面修复，是可以实现主板自给自足的，尽管该项技术涉及到很多软件与硬件的复杂结合。但作为铝电解生产控制部门，开展智能槽控机主板的修复工作，一方面可以锻炼出色的技术人员，培养了队伍;另一方面，也是修旧利废的一项重点工作，为生产经营间接创造了丰厚的经济效益。 9. 参考资料 [1] 李序葆编.电力电子器件及应用.机械工业出版社，1996年 [2] 黄永忠、王化章、王平甫等. 铝电解生产. 中南大学出版社, 1994,10. [3] 李劼.铝电解智能模糊控制系统.轻金属.1998年增刊