مقدمه
عیب یابی درایوهای زیمنس و بررسی خطاها، درایوهای زیمنس از پرکاربردترین تجهیزات کنترل سرعت و گشتاور موتورهای الکتریکی در صنایع هستند. سری‌هایی مانند SINAMICS V20، G120، G120C، S120 و V90، همچنین درایوهای قدیمی‌تر MICROMASTER، در پمپ‌ها، فن‌ها، نوار نقاله‌ها، دستگاه‌های بسته‌بندی، کمپرسورها، ماشین‌آلات CNC، جرثقیل‌ها و خطوط تولید استفاده می‌شوند. این درایوها با کنترل فرکانس و ولتاژ خروجی، امکان راه‌اندازی نرم، کنترل سرعت، کاهش جریان راه‌اندازی و حفاظت از موتور را فراهم می‌کنند.
با وجود قابلیت اطمینان بالا، درایوهای زیمنس ممکن است به دلیل نوسان برق، اضافه‌بار، خرابی موتور، تهویه نامناسب، تنظیم اشتباه پارامترها، مشکل ارتباطی یا فرسودگی قطعات داخلی دچار خطا شوند. عیب‌یابی صحیح درایو تنها به پاک‌کردن کد خطا و راه‌اندازی مجدد محدود نیست؛ بلکه باید علت اصلی خطا شناسایی و برطرف شود. در این مقاله، مهم‌ترین خطاهای درایوهای زیمنس، روش بررسی آن‌ها و نکات مهم تعمیر و نگهداری توضیح داده می‌شود.
تفاوت خطا و هشدار در درایو زیمنس
در سیستم‌های زیمنس معمولاً خطا با حرف F و هشدار با حرف A نمایش داده می‌شود. Fault یا خطا باعث توقف درایو می‌شود و تا زمانی که علت آن رفع نشود، ممکن است با فرمان Reset نیز دوباره ظاهر شود. Warning یا هشدار معمولاً مانع ادامه کار نمی‌شود، اما نشان می‌دهد شرایطی مانند افزایش دما، اضافه‌بار یا کاهش کیفیت سیگنال در حال ایجاد شدن است.
کد خطا در مدل‌های مختلف یکسان نیست. برای مثال در برخی مدل‌های MICROMASTER، خطای F0001 به اضافه‌جریان و F0002 به اضافه‌ولتاژ مربوط است، در حالی‌که در سری SINAMICS کدهایی مانند F30001 و F30002 برای خطاهای مشابه یا مرتبط با Power Unit و باس DC استفاده می‌شوند. بنابراین باید مدل دقیق درایو، نسخه نرم‌افزار و دفترچه همان دستگاه بررسی شود.
نکات ایمنی پیش از عیب‌یابی
پیش از بازکردن درپوش درایو، برق ورودی را از طریق کلید اصلی قطع کنید و برای جلوگیری از وصل ناخواسته، کلید را قفل و برچسب هشدار نصب نمایید. خازن‌های باس DC پس از قطع برق برای مدتی شارژ باقی می‌مانند و تماس با آن‌ها می‌تواند باعث برق‌گرفتگی شدید شود. پس از زمان اعلام‌شده در دفترچه، ولتاژ بین ترمینال‌های DC مثبت و منفی را با مولتی‌متر مناسب اندازه‌گیری کنید.
کابل موتور را در زمان فعال‌بودن درایو جدا یا وصل نکنید. قطع خروجی در حالت PWM می‌تواند موجب ایجاد قوس الکتریکی و آسیب به IGBT شود. برای تست عایقی موتور و کابل، ابتدا آن‌ها را کاملاً از ترمینال‌های U، V و W جدا کنید؛ سپس مگااهم‌متر را به موتور یا کابل متصل نمایید. اتصال مستقیم مگااهم‌متر به خروجی درایو ممکن است مدار قدرت را از بین ببرد.
همچنین اندازه‌گیری ولتاژ خروجی درایو با مولتی‌متر معمولی همیشه دقیق نیست، زیرا شکل موج خروجی PWM است. برای تحلیل دقیق‌تر باید از تجهیزات اندازه‌گیری مناسب استفاده شود.
مراحل عمومی عیب‌یابی
اولین مرحله، ثبت کد خطا و شرایط وقوع آن است. مشخص کنید خطا هنگام استارت، شتاب‌گیری، کاهش سرعت، کار مداوم یا پس از گرم‌شدن دستگاه رخ داده است. جریان موتور، فرکانس خروجی، ولتاژ ورودی، دمای هیت‌سینک، وضعیت بار و مقدار ولتاژ باس DC اطلاعات ارزشمندی در اختیار تعمیرکار قرار می‌دهند.
اگر درایو از پنل BOP یا IOP استفاده می‌کند، بافر خطا و سابقه هشدارها را بررسی کنید. در سری‌های SINAMICS می‌توان از نرم‌افزار STARTER یا Startdrive در محیط TIA Portal برای مشاهده پارامترها، Trace جریان، وضعیت ورودی‌ها و اطلاعات Power Module استفاده کرد. بهتر است پیش از Reset، از پارامترهای درایو نسخه پشتیبان تهیه شود.
عیب‌یابی باید از بیرون به داخل انجام شود؛ یعنی ابتدا برق ورودی، فیوزها، کابل‌ها، موتور و بار مکانیکی بررسی شوند و سپس سراغ برد کنترل و مدار قدرت برویم. بسیاری از خطاهایی که به درایو نسبت داده می‌شوند، در اثر گیرپاژ موتور، خرابی گیربکس یا تنظیم نادرست به وجود آمده‌اند.
خطای اضافه‌جریان
اضافه‌جریان یکی از رایج‌ترین خطاهای درایو زیمنس است. در MICROMASTER معمولاً کد F0001 و در برخی درایوهای SINAMICS کدهایی مانند F30001 مشاهده می‌شود. این خطا ممکن است هنگام استارت، شتاب‌گیری، کار با دور ثابت یا حتی کاهش سرعت ایجاد شود.
علت‌های اصلی عبارت‌اند از:
- کوتاه‌بودن زمان شتاب‌گیری؛
- سنگین‌بودن بار مکانیکی؛
- گیرپاژ پمپ، گیربکس یا بلبرینگ؛
- اتصال کوتاه بین فازهای موتور؛
- خراب‌شدن عایق کابل؛
- تنظیم نادرست جریان و توان موتور؛
- کوچک‌بودن ظرفیت درایو؛
- خرابی IGBT یا سنسور جریان.
ابتدا بار را از موتور جدا کنید و آزادبودن محور را بررسی نمایید. مقاومت سیم‌پیچ‌ها را بین فازهای مختلف اندازه بگیرید؛ این مقاومت‌ها باید تقریباً برابر باشند. کابل موتور نیز باید از نظر سوختگی، رطوبت، له‌شدگی و تماس با بدنه بررسی شود.
اگر خطا هنگام شتاب‌گیری رخ می‌دهد، زمان ACC را افزایش دهید و از شتاب‌گیری نرم استفاده کنید. جریان، ولتاژ، فرکانس، توان و دور نامی موتور را دقیقاً مطابق پلاک در پارامترهای درایو وارد نمایید. در حالت کنترل برداری، اجرای شناسایی موتور یا Motor Data Identification نیز می‌تواند عملکرد را بهتر کند. اگر با جداکردن موتور، خطا همچنان باقی بماند، احتمال خرابی مدار قدرت یا اندازه‌گیری جریان وجود دارد.
خطای اضافه‌ولتاژ باس DC
خطای اضافه‌ولتاژ معمولاً هنگام کاهش سرعت دیده می‌شود. در این حالت، موتور به دلیل اینرسی بار مانند ژنراتور عمل می‌کند و انرژی به باس DC برمی‌گرداند. سانتریفیوژ، فن بزرگ، فلایویل، جرثقیل و بارهای با جرم بالا بیشتر در معرض این خطا هستند.
اگر خطا هنگام توقف ایجاد می‌شود، زمان DEC را افزایش دهید. اگر توقف سریع ضروری باشد، استفاده از مقاومت ترمز و چاپر ترمز مناسب لازم است. مقدار اهم مقاومت، توان لحظه‌ای و توان حرارتی آن باید بر اساس مشخصات درایو و نوع بار انتخاب شود.
ولتاژ ورودی را نیز در حالت عادی و زیر بار اندازه‌گیری کنید؛ زیرا افزایش ولتاژ شبکه یا نوسان شدید می‌تواند موجب بالا رفتن ولتاژ باس شود. مدار چاپر، مقاومت ترمز و خازن‌های DC را از نظر سوختگی، تغییر رنگ یا بادکردگی بررسی کنید. اتصال مقاومت ترمز به ترمینال اشتباه یا استفاده از مقاومت کم‌اهم‌تر از مقدار مجاز، خطرناک است.
خطای کمبود ولتاژ و قطع فاز
کمبود ولتاژ ممکن است بر اثر قطع یک فاز، سوختن فیوز، شل‌بودن ترمینال، خرابی کنتاکتور، افت ولتاژ شبکه یا ضعیف‌بودن ترانسفورماتور ایجاد شود. در برخی مدل‌های MICROMASTER این خطا با F0003 شناخته می‌شود، اما کد دقیق در SINAMICS به مدل و واحد قدرت بستگی دارد.
ولتاژ سه فاز ورودی را هم بدون بار و هم هنگام راه‌اندازی موتور اندازه‌گیری کنید. اختلاف زیاد بین فازها نشانه مشکل در شبکه یا اتصالات است. ترمینال‌های سیاه‌شده یا ذوب‌شده معمولاً بر اثر شل‌بودن اتصال و گرم‌شدن طولانی‌مدت ایجاد می‌شوند.
اگر خطای قطع فاز خروجی مشاهده شد، کابل موتور، ترمینال‌های U، V و W و وضعیت سیم‌پیچ‌ها را بررسی کنید. استفاده از کنتاکتور در خروجی درایو برای قطع و وصل موتور هنگام کار، مگر با تأیید سازنده، مجاز نیست.
خطای اضافه‌بار موتور و درایو
خطای اضافه‌بار زمانی رخ می‌دهد که جریان موتور برای مدت مشخصی بیشتر از مقدار نامی باشد. این خطا با اضافه‌جریان لحظه‌ای تفاوت دارد؛ در اضافه‌بار، موتور ممکن است چند دقیقه کار کند و سپس حفاظت حرارتی فعال شود.
گرفتگی مسیر پمپ، فشار زیاد، سفتی تسمه، خرابی بلبرینگ، بار بیش از ظرفیت و انتخاب نادرست گیربکس از دلایل رایج هستند. جریان هر سه فاز را اندازه‌گیری کنید. اگر جریان همه فازها زیاد است، مشکل از بار یا تنظیمات است؛ اما اختلاف زیاد جریان یک فاز با دو فاز دیگر می‌تواند نشانه خرابی موتور، کابل یا اتصال باشد.
اطلاعات جریان نامی، توان، فرکانس پایه و ولتاژ موتور باید صحیح وارد شده باشند. در کاربردهایی مانند میکسر، نوار نقاله، کمپرسور و خردکن، درایو باید ظرفیت اضافه‌بار مناسب برای Heavy Duty داشته باشد. افزایش بی‌دلیل حد جریان یا غیرفعال‌کردن حفاظت حرارتی، راه‌حل اصولی نیست.
خطای افزایش دما
افزایش دما معمولاً به دلیل کثیفی هیت‌سینک، خرابی فن، دمای بالای محیط، تهویه ضعیف تابلو یا اضافه‌بار مداوم ایجاد می‌شود. نصب چند درایو در فضای کوچک و قرارگرفتن تابلو در معرض نور مستقیم خورشید نیز باعث افزایش دمای داخلی می‌شود.
فن را از نظر چرخش آزاد، صدای غیرعادی و گردوغبار بررسی کنید. فیلترهای تابلو باید تمیز باشند و فاصله اطراف درایو مطابق دفترچه رعایت شود. اگر محیط گرم است، تهویه یا کولر تابلو را اصلاح کنید.
فرکانس کریر بالا صدای موتور را کاهش می‌دهد، اما تلفات و حرارت درایو را افزایش می‌دهد. در صورت امکان می‌توان فرکانس کریر را کاهش داد. اگر خطا پس از چند ساعت کار ظاهر می‌شود، جریان موتور در حالت گرم، دمای محیط و عملکرد فن باید بررسی شود.
خطای اتصال زمین و اتصال کوتاه
خطای Earth Fault، Short Circuit یا برخی کدهای خانواده F30021 ممکن است بر اثر خرابی عایق موتور، نفوذ رطوبت، آسیب کابل، اتصال سیم‌پیچ به بدنه یا خرابی IGBT ایجاد شود.
موتور و کابل را از خروجی درایو جدا کنید و با مگااهم‌متر، عایق هر فاز نسبت به بدنه را بررسی نمایید. در کابل‌های طولانی، جریان نشتی خازنی نیز ممکن است افزایش یابد. استفاده از کابل مناسب، اتصال صحیح شیلد، کاهش فرکانس کریر، نصب راکتور خروجی یا فیلتر سینوسی می‌تواند مشکل را کاهش دهد.
اگر با جداکردن موتور، خطا همچنان باقی ماند، احتمال خرابی بخش قدرت درایو وجود دارد. هرگز برای حذف خطای زمین، سیم ارت را قطع نکنید یا حفاظت را غیرفعال نسازید.
خطاهای ارتباطی، STO و انکودر
درایوهای زیمنس ممکن است از طریق PROFIBUS، PROFINET، USS، Modbus یا ترمینال‌های کنترلی فرمان بگیرند. خرابی کابل شبکه، آدرس اشتباه، تنظیم نادرست سرعت انتقال، قطع شیلد یا پیکربندی نادرست PLC باعث خطای ارتباطی می‌شود. در این شرایط، آدرس، Baud Rate، نوع پروتکل و وضعیت چراغ‌های ارتباطی را بررسی کنید.
اگر درایو خطای جدی نشان نمی‌دهد اما موتور حرکت نمی‌کند، منبع فرمان RUN، منبع مرجع فرکانس، ورودی‌های دیجیتال، حداقل فرکانس و مدار توقف اضطراری را بررسی نمایید. فعال‌نبودن مدار STO نیز می‌تواند مانع راه‌اندازی شود. در سیستم‌های دارای انکودر، تغذیه انکودر، ترتیب کانال‌های A و B، تعداد پالس، شیلد و مسیر کابل باید کنترل شوند.
تعمیر قطعات داخلی و تست نهایی
برخی اقدامات مانند تعویض فن، تمیزکردن هیت‌سینک، اصلاح اتصالات و تعویض فیوز مجاز را می‌توان پس از رعایت کامل نکات ایمنی انجام داد. اما تعمیر IGBT، دیودهای یکسوساز، خازن‌های باس DC، مدار پری‌شارژ، چاپر ترمز و برد کنترل به تجهیزات تخصصی نیاز دارد.
پیش از تعویض IGBT باید علت سوختن آن، مانند اتصال کوتاه موتور، خرابی درایور گیت، افزایش دما یا نوسان برق، مشخص شود. تعویض قطعه بدون بررسی مدارهای اطراف معمولاً باعث تکرار خرابی خواهد شد. پس از تعمیر، ابتدا پارامترها بازگردانی و اطلاعات پلاک موتور وارد می‌شوند. سپس درایو بدون بار یا با بار کنترل‌شده آزمایش شده و در نهایت بار اصلی به‌تدریج وارد مدار می‌شود.
نگهداری پیشگیرانه
تمیزکردن دوره‌ای فن و هیت‌سینک، بررسی سفتی ترمینال‌ها، کنترل دمای تابلو، جلوگیری از ورود رطوبت و تهیه نسخه پشتیبان از پارامترها، عمر درایو زیمنس را افزایش می‌دهد. جریان موتور در حالت عادی باید ثبت شود تا تغییرات غیرطبیعی به‌سرعت شناسایی شوند.
در نهایت، عیب‌یابی موفق درایوهای زیمنس با بررسی هم‌زمان کد خطا، شرایط وقوع، موتور، کابل، بار، برق ورودی و تنظیمات انجام می‌شود. پاک‌کردن خطا بدون رفع علت اصلی، تنها مشکل را موقتاً پنهان می‌کند و ممکن است آسیب بیشتری به موتور یا درایو وارد شود.
بدون دیدگاه