張春婷

（陜西重型汽車有限公司，陜西西安 710200）

1 故障實(shí)例解析

FAS160KE數(shù)控仿型龍門銑加工中心是早期的德國產(chǎn)品，經(jīng)過30余年使用，在2009年進(jìn)行了電氣部分改造，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)采用了SINUMERIK 802D數(shù)字交流伺服系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)的主要配置：SINUMERIK 802D基本單元；電源模塊；主軸變頻器；驅(qū)動(dòng)為X，Y，Z，W的4軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，均采用全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)。

設(shè)備在加工過程中，出現(xiàn)Profibus-DP總線報(bào)警。報(bào)警號(hào)380500，顯示“Profibus-DP：驅(qū)動(dòng) X1，代碼 504，數(shù)據(jù) 0，時(shí)間127917出錯(cuò)”。

故障現(xiàn)象，X軸運(yùn)動(dòng)到某一位置時(shí)，X方向無法正常動(dòng)作，Y方向運(yùn)行正常，且顯示屏出現(xiàn)“025201”軸X1伺服報(bào)警信號(hào)。經(jīng)查資料，“380500”屬于西門子802D系統(tǒng)的一級(jí)報(bào)警，主要與Profibus總線、通信電纜、伺服電機(jī)、編碼器、驅(qū)動(dòng)模塊等部位的損壞或接觸不良有關(guān)。為及時(shí)恢復(fù)設(shè)備加工狀態(tài)，按照先機(jī)械后電氣，先外圍后內(nèi)部等設(shè)備故障處理原則進(jìn)行排查。

2 故障判斷排查

2.1 X軸絲杠

此臺(tái)設(shè)備使用年份較久，且加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生鐵屑，為排除X方向機(jī)械絲杠卡住引起的誤報(bào)警，故在設(shè)備電氣故障判斷前，先檢查了X軸絲杠兩頭及周圍有無鐵屑和雜物。經(jīng)檢查，絲杠旋轉(zhuǎn)平滑并無雜物鐵屑，排除了X軸機(jī)械方面故障。

2.2 Profibus總線單元

在排查了X方向機(jī)械絲杠方面的問題后，先對(duì)影響Profibus總線通信的部分進(jìn)行排查,該設(shè)備除數(shù)控系統(tǒng)外，電氣改造時(shí)配電柜內(nèi)的重要部件也都采用了西門子品牌。總線內(nèi)各主站、從站都通過總線插座連接至傳送介質(zhì)，若總線插頭接觸不良，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力不強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)通信接不上或者時(shí)通時(shí)斷，插座上的設(shè)置開關(guān)嚴(yán)格遵循終端為“ON”，中間為“OFF”的原則。而西門子的總線插座已內(nèi)置了終端和偏置電阻，通過設(shè)置開關(guān)可方便地接通或斷開。通過接通或斷開總線插座的終端電阻開關(guān)，可以非常方便地連接或切斷插座后面部分網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)傳輸。

（1）設(shè)置開關(guān)檢查。根據(jù)總線插座設(shè)置開關(guān)的特點(diǎn)，先檢查了設(shè)置開關(guān)的ON和OFF是否分別處于終端及中間的正確位置，仔細(xì)檢查后，各個(gè)總線端口的位置都正確，設(shè)備報(bào)警未解除。

（2）總線插座內(nèi)置電阻檢查。在測量插座內(nèi)置電阻前，首先確認(rèn)屏蔽雙絞線的接地、連接可靠及屏蔽性良好無損壞，再使用萬用表測量了總線插座內(nèi)的終端電阻的阻值，結(jié)果表明總線插座接觸良好，重新上電后，報(bào)警仍未解除。

（3）通信電纜檢查。此臺(tái)設(shè)備為大型龍門加工中心，設(shè)備與配電柜間及設(shè)備橫梁電纜架上都有長度較長、數(shù)量較多的電纜。電纜隨著銑床加工時(shí)橫梁的來回移動(dòng)也會(huì)彎曲移動(dòng)，在長時(shí)間運(yùn)行后，若電纜局部斷線就會(huì)引發(fā)通信故障。故檢查時(shí)，先將X軸移動(dòng)至故障報(bào)警的位置點(diǎn)，再逐根移動(dòng)電纜線，仔細(xì)檢查測量X軸上每根反饋信號(hào)線的通信及連接狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)信號(hào)線在電纜移動(dòng)的過程中，接觸良好。設(shè)備重新上電后，報(bào)警未解除。查看配電柜內(nèi)X方向驅(qū)動(dòng)器屏幕的報(bào)警號(hào)為EA504，涉及編碼器故障。

3 X軸伺服系統(tǒng)

3.1 伺服驅(qū)動(dòng)器檢查

此臺(tái)設(shè)備使用的西門子SIMODRIVE 611伺服驅(qū)動(dòng)器是一種模塊化三極管脈沖變頻器，而X，Y，Z，W 的4個(gè)軸，每個(gè)軸都由1個(gè)SIMODRIVE 611伺服模塊控制，并帶動(dòng)1臺(tái)西門子交流伺服電機(jī)作為伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件。

根據(jù)上述分析，結(jié)合X方向的伺服驅(qū)動(dòng)器的報(bào)警號(hào)EA504，且設(shè)備的X，W軸的驅(qū)動(dòng)模塊及安裝的伺服電機(jī)型號(hào)相同，故采用置換法，將兩個(gè)方向的SIMODRIVE 611UE伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行互換，確認(rèn)無誤上電后，W軸方向未報(bào)警，X軸方向報(bào)警未解除，驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行正常，排除此部件的故障。

3.2 X軸位置編碼器檢查

此臺(tái)設(shè)備在改造時(shí)，伺服系統(tǒng)增加了X軸半閉環(huán)控制位置編碼器，通過編碼器檢測電機(jī)軸的角位移間接地獲得位置輸出量的等效反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)與系統(tǒng)中的指令信號(hào)比較，比較后差值控制部件移動(dòng)直到差值消除，所以編碼器錯(cuò)誤必然導(dǎo)致X軸伺服無法正常工作。檢查 X軸位置編碼器。將編碼器的插座重新插拔后，設(shè)備上電，報(bào)警未解除。將X軸和W軸伺服驅(qū)動(dòng)器上的編碼器反饋信號(hào)線互相對(duì)調(diào)，連接可靠后設(shè)備上電，報(bào)警未解除，W軸運(yùn)行正常；再將X軸伺服電機(jī)和W軸伺服電機(jī)的三相電源線相互對(duì)調(diào)，連接可靠后設(shè)備上電，報(bào)警未解除，但W軸運(yùn)行正常，這說明X軸編碼器的反饋信號(hào)線及伺服電機(jī)電源線狀態(tài)良好。

3.3 X軸伺服電機(jī)檢查

伺服電機(jī)是伺服機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的執(zhí)行電機(jī)，是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，電機(jī)本身的內(nèi)部編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，此臺(tái)設(shè)備X軸采用的是西門子IFT613型交流伺服電機(jī)，內(nèi)部編碼器為海德漢增量型編碼器ERN1387。經(jīng)過上述伺服系統(tǒng)排查，故障部位指向X軸伺服電機(jī)本身。

在斷電情況下，將X方向伺服電機(jī)拆卸，與聯(lián)軸節(jié)脫開，放在水平位置，由專業(yè)維修人員將電機(jī)進(jìn)行檢測后，打開電機(jī)端蓋，發(fā)現(xiàn)電機(jī)內(nèi)部進(jìn)油。經(jīng)過仔細(xì)檢查，由于安裝原因，X軸絲杠在加工旋轉(zhuǎn)的過程中，油從絲杠與電機(jī)軸承連接的端面間隙進(jìn)入電機(jī)，破壞了電機(jī)絕緣，損壞了電機(jī)內(nèi)部編碼器，造成電機(jī)故障。

4 結(jié)束語

對(duì)X軸方向的伺服電機(jī)維修安裝后，故障報(bào)警解除，設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行。此次故障的準(zhǔn)確判斷，避免了對(duì)設(shè)備不必要的拆卸和二次損壞，獲得大型數(shù)控設(shè)備“380500”故障報(bào)警的維修經(jīng)驗(yàn)，快速恢復(fù)設(shè)備使用，生產(chǎn)損失大幅降低。

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