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        西門子數(shù)控設備故障維修案例研究

        2023-08-29 07:10:44辛生崔寒緒
        中國設備工程 2023年16期
        關鍵詞:故障分析系統(tǒng)

        辛生,崔寒緒

        (北汽利戴工業(yè)技術服務(北京)有限公司,北京 100875)

        目前,我國在很多領域都應用到了西門子控制系統(tǒng),例如,3M、805 系統(tǒng)等在市面上的應用均十分廣泛,控制系統(tǒng)不同,適用的控制場合也不同。常見的故障類型包括軟件、硬件、PLC 控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)故障,以下將針對不同故障類型的維修情況分別進行闡述。

        1 軟件故障維修

        數(shù)控設備的控制系統(tǒng)也是采用計算機系統(tǒng)進行控制,系統(tǒng)內部包含軟件和硬件兩個部分。其中軟件故障大多都是程序和數(shù)據(jù)方面的故障,當軟件故障發(fā)生之后會因系統(tǒng)指令不準確從而導致系統(tǒng)運行故障。對于軟件故障,只需針對具體異常情況進行數(shù)據(jù)恢復或者修正即可排除故障,以下將結合具體維修案例及維修方式進行分析。

        (1)案例1:數(shù)控球道磨床控制系統(tǒng)開機后,一直不能進入操作界面,并提示錯誤。

        球道磨床使用的控制系統(tǒng)為:西門子840D 系統(tǒng)。故障現(xiàn)象:系統(tǒng)開機后,出現(xiàn)異常顯示,報警界面顯示如圖1 所示。

        圖1 西門子840D 系統(tǒng)錯誤顯示

        檢查與分析:此系統(tǒng)中的MMC 裝置使用的是PCU50.1,PCU50.1 是一款針對工業(yè)領域應用的計算機類型,系統(tǒng)自帶操作硬盤,同時還可與下位機進行聯(lián)動。首次開機出現(xiàn)異常后,將系統(tǒng)關機靜待幾分鐘后重新開機,當系統(tǒng)進入Windows 系統(tǒng)引導界面后轉入Siemens軟件,軟件打開后再次提醒報警進入上述錯誤界面,同時系統(tǒng)運行終止。信息分析:上述界面顯示的軟件錯誤信息為“cannont open log file ”,即log 文件不能被正常打開;程序錯誤信息為“The volume does not contain a recognized file system”,說明磁盤中的部分信息不能被識別。結合實際應用情況可知,造成上述故障的原因可能與硬盤文件不全有關,即PCU50.1 硬盤文件丟失。

        故障處理:可將PCU50.1 硬盤文件刪除后重新導入備份文件,恢復所丟失的文件。硬盤文件恢復并重新安裝后,重新開機,系統(tǒng)正常運行。

        數(shù)控機床系統(tǒng)使用過程中,應做好西門子數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份工作。由于大部分生產現(xiàn)場的環(huán)境相對較差,數(shù)控系統(tǒng)在運行過程中也很容易受到外界因素的影響,從而導致系統(tǒng)或者硬盤故障,此時,則可使用備份數(shù)據(jù)快速恢復,系統(tǒng)故障即可快速被排除。

        (2)案例2:外圓磨床系統(tǒng)開機后不能正常啟動,同時告警“2000 PLC sign-of-life monitoring”和“810004 Stop/abort event, error analysis via STEP7 required”。

        外圓磨床使用的控制系統(tǒng)為:西門子810D 系統(tǒng)。

        故障檢查與分析:當發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障報警后,對控制系統(tǒng)的CCU 模塊進行檢查,發(fā)現(xiàn)數(shù)碼顯示“6”,檢查結果可見圖2,說明CCU 模塊運行正常;但SF 指示燈亮起,說明系統(tǒng)存在故障,同時PS 燈亮起,說明PLC 設備已經(jīng)停止工作。

        圖2 西門子810D 系統(tǒng)CCU3.4 模塊指示燈顯示

        根據(jù)上述分析可知,可能是系統(tǒng)控制軟件出現(xiàn)異常,可優(yōu)先對軟件進行檢測。

        故障處理:因故障報警主要針對PLC,即系統(tǒng)控制程序可能出現(xiàn)異常??蓪⑾到y(tǒng)程序完全清除后,再重新下載備份文件,重新開機即可。通過備份操作后,系統(tǒng)正常開機。

        為保證西門子系統(tǒng)的正常運行,需對程序文件進行備份。當系統(tǒng)控制模塊出現(xiàn)程序異常后,即可立即導入備用程序。因此,在系統(tǒng)運行過程,也要定期進行相關數(shù)據(jù)的備份工作,尤其是NC 和PLC,這樣當系統(tǒng)程序出現(xiàn)異常后即可快速恢復。

        2 硬件故障維修

        隨著自動控制系統(tǒng)的日益完善,目前的數(shù)控系統(tǒng)均采用先進的計算機控制方法。其中西門子擁有很多先進的計算器控制系統(tǒng),如810D/840D 系統(tǒng),除了上位機對下位機的控制外,NCU 模塊也能夠實現(xiàn)計算機控制。雖然硬件系統(tǒng)的控制性能越來越強,但在實際應用過程中,仍有可能受到外界因素的影響而出現(xiàn)故障。一般來說,當硬件部分出現(xiàn)故障時,只能通過更換部分零配件或者整個硬件設備的方式來解決故障。

        (1)數(shù)控淬火機床啟動后,能夠進入系統(tǒng)界面,屏幕能夠正常顯示。但無法進入工作程序和界面,也無系統(tǒng)數(shù)據(jù)反饋淬火機床使用的控制系統(tǒng)為:西門子840D系統(tǒng)。

        故障分析與檢查:通過對系統(tǒng)的運行原理進行分析,當系統(tǒng)正常啟動后,首先MMC(PCU)會進入控制軟件,當系統(tǒng)檢測到進入正常后才會開啟工作。而本次出現(xiàn)故障的機床使用的是PCU50.1 的MMC,通過多次系統(tǒng)重啟操作,發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)均能夠正常啟動,但無法進入操作系統(tǒng)界面,系統(tǒng)告警也均相同。對系統(tǒng)綜合分析可知,可能是CPU 單元異常引起的,將CPU 單元拆下后單獨進行檢測,將其單獨連接操作和顯示裝置后進行自檢,自檢結果異常。

        故障處理:將拆下后的CPU 進行詳細檢查,尤其是連接線路部分,通檢查發(fā)現(xiàn)北橋線路出現(xiàn)虛接情況,對虛焊位置進行重新焊接,再次進行自檢,合格后重新接入系統(tǒng),西門子840D 系統(tǒng)恢復工作。

        810D/840D 系統(tǒng)通過上位機完成控制,因上位機是一臺結合工業(yè)環(huán)境制造計算機,當CPU 現(xiàn)實故障時,可對控制系統(tǒng)進行維修。此外,現(xiàn)場作業(yè)過程中也發(fā)現(xiàn)PCU50.1 經(jīng)常出現(xiàn)北橋虛焊的問題。

        (2)外圓磨床運行過程中設備突然停止,且無法繼續(xù)啟動,系統(tǒng)告警信息顯示為“2020 NCK fan alarm”。

        外圓磨床使用的控制系統(tǒng)為:西門子840D 系統(tǒng)。

        故障分析與檢查:通過對告警信息進行分析,NCK風扇報警說明硬件部分的冷卻系統(tǒng)運行異常。通過系統(tǒng)控制圖紙分析可知,電池模塊與NCU 風扇均安裝于NCU BOX,風扇啟動后,能夠為NCU BOX 降溫保證其正常工作。通過對風扇和電池模塊進行檢查,發(fā)現(xiàn)兩者均能夠正常工作,由此判斷可能是NCU BOX,更換模塊后依然會出現(xiàn)2020 報警,由此判斷故障點可能是與NCU BOX 插接相連的NCU 模塊。

        故障處理:拔下NCU 模塊檢查確實存在故障,維修后重新下載備份文件,安裝后系統(tǒng)恢復正常工作。

        3 PLC 報警故障維修

        在西門子數(shù)控機床控制系統(tǒng)中,PLC 是重要的控制設備,更是系統(tǒng)主要的組成部分。通過PLC 能夠對系統(tǒng)各設備的啟停進行控制,通過對機床系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析,判斷運行情況是否存在異常,并按照反饋數(shù)據(jù)作出相應的反應,防止故障事態(tài)的進一步擴大。

        在西門子數(shù)控機床系統(tǒng)運行過程,PLC 報警是非常常見的故障類型,而且系統(tǒng)越復雜,出現(xiàn)故障的程度也會越高。當PLC 系統(tǒng)出現(xiàn)異常時,首先,需要根據(jù)系統(tǒng)類型和告警進行分析,確定故障出現(xiàn)的范圍和區(qū)域。當控制系統(tǒng)相對簡單時,一般可以通過告警確定并排除故障,稍復雜的控制系統(tǒng)則可大致確定故障位置后進行重點檢查,而無法確定的系統(tǒng)則可通過梯形圖調試的方法對PLC 的程序運行情況進行逐步分析,從而確定故障點。以下,將結合實際案例對PLC 報警故障的處理方法進行分析。

        (1)淬火機床在運行過程中出現(xiàn)報警“700355 FAILURE THERE IS NOT PART DETECTION ON INPUT MANIP. CLIPPER”,告警信息出現(xiàn)后程序運行周期結束后自動中止。

        淬火機床使用的控制系統(tǒng)為:西門子840D 系統(tǒng)。

        故障分析與檢查:根據(jù)告警信息可知,入口機械手未抓住工件。當出現(xiàn)告警信息后,對機械手位置處進行檢查,發(fā)現(xiàn)其對工件的抓取是符合規(guī)定的。通過對機床的結構和運行原理分析,工件抓取信號通過S611 開關進行控制,由此判斷可能是接近開關異常導致誤報警。對開關狀態(tài)進行檢查,發(fā)現(xiàn)其與實際情況一致,機械手抓住工件時指示燈正常亮起。對S611 開關與PLC 的連接狀態(tài)進行檢查,發(fā)現(xiàn)對應的連接口出入狀態(tài)為“1”,說明信號正常傳遞至PLC 系統(tǒng)。將系統(tǒng)的操作狀態(tài)調至手動,未出現(xiàn)報警,對PLC 系統(tǒng)進行檢查,相應測試結果均正常。

        通過反復運行工件抓緊、放下程序,發(fā)現(xiàn)當出現(xiàn)報警故障時,機械手的動作相對緩慢。由此分析,可能是機械手動作較慢導致的信號沒能在規(guī)定時間內傳遞至PLC,由此出現(xiàn)報警。拆下機械手檢查內部是否故障,發(fā)現(xiàn)機械手內部聚集了大量的淬火液,這些淬火液在一定程度上影響了設備動作的靈敏性。

        故障處理:將機械手拆除后重新組裝,清除內部的淬火液,在零件連接處涂抹潤滑油。

        (2)淬火設備開機后無法正常運行,告警顯“700148 FAILURE DOORS OPEN,E61.7”。

        淬火機床使用的控制系統(tǒng)為:西門子840D 系統(tǒng)。

        故障分析與檢查:告警信息顯示防護門關閉異常,對防護門狀態(tài)進行檢查,發(fā)現(xiàn)防護門狀態(tài)緊閉。將全部防護門打開后重新關閉,故障并未被消除。對防護門的狀態(tài)監(jiān)測裝置進行檢查,所有門開關監(jiān)測均為關閉狀態(tài)。由此判斷可能是信號傳遞異常導致的,對PLC 輸入連接口的狀態(tài)進行檢查,6 個防護門的狀態(tài)均為“0”。

        對防護門開關的常開觸點進行檢查,發(fā)現(xiàn)觸點的電壓信號均為0。根據(jù)線路連接原理,當檢測到機床的工作狀態(tài)后,會通過圖3 所示的信號轉換模塊完成數(shù)據(jù)的轉換后輸送至PLC。檢查系統(tǒng)各部分,發(fā)現(xiàn)第二個模塊運行狀態(tài)異常,該模塊連接所有防護門。將此模塊與其他模塊進行調換,發(fā)現(xiàn)調換后,該位置仍處于無電壓狀態(tài),而調換至其他位置的模塊則顯示正常,說明所有模塊均能正常工作。由此判斷,可能是模塊上連接的線路出現(xiàn)故障,將所有與模塊連接的插頭全部拔下,并逐個重新插回檢測線路的狀態(tài)。首先插入門開關E61.7 的電纜,模塊顯示正常,防護門的告警也消除,說明防護門線路和模塊是正常的。

        圖3 傳感器信號轉換模塊

        然后再插入其他連接電纜,當插入E61.6 電纜時,模塊指示燈全滅,說明該條線路存在設備故障,需要進行重點排查,遂根據(jù)圖紙對線路及相關元器件進行檢查。在對E61.6 線路接近開關及線路檢查過程中,發(fā)現(xiàn)電纜線路出現(xiàn)短路狀況。由此可知,故障原因為電纜短路造成信號的誤傳遞,傳感器接收到信號后,會采取一個自我防護的保護措施,關閉了24V 直流電壓,由此造成門開關的輸入信號變?yōu)?,出現(xiàn)告警。

        故障處理:更換短路電纜,重新檢測模塊的運行情況,待檢測正常后開啟系統(tǒng),淬火設備正常啟動,報警信號消除。

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