西門子伺服系統(tǒng)中的維修案例分析



例1．進(jìn)線快速熔斷器熔斷的故障維修 
故障現(xiàn)象：一臺(tái)配套SIEMENS 8MC的臥式加工中心，在電網(wǎng)突然斷電后開機(jī)，系統(tǒng)無法起動(dòng)。

分析與處理過程：經(jīng)檢查，該機(jī)床X軸伺服驅(qū)動(dòng)器的進(jìn)線快速熔斷器已經(jīng)熔斷。該機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)采用的是SIEMENS 6RA系列直流伺服驅(qū)動(dòng)，對(duì)照驅(qū)動(dòng)器檢查伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置，未發(fā)現(xiàn)任何元器件損壞和短路現(xiàn)象。

檢查機(jī)床機(jī)械部分工作亦正常，直接更換熔斷器后，起動(dòng)機(jī)床，恢復(fù)正常工作。分析原因是由于電網(wǎng)突然斷電引起的偶發(fā)性故障。





例2．SIEMENS 8MC測量系統(tǒng)故障的維修 
故障現(xiàn)象：一臺(tái)配套SIEMENS 8MC的臥式加工中心，當(dāng)X軸運(yùn)動(dòng)到某一位置時(shí)，液壓電動(dòng)機(jī)自動(dòng)斷開，且出現(xiàn)報(bào)警提示：Y軸測量系統(tǒng)故障。斷電再通電，機(jī)床可以恢復(fù)正常工作，但X軸運(yùn)動(dòng)到某一位置附近，均可能出現(xiàn)同一故障。

分析與處理過程：該機(jī)床為進(jìn)口臥式加工中心，配套SIEMENS 8MC數(shù)控系統(tǒng)，SIEMENS 6RA系列直流伺服驅(qū)動(dòng)。由于X軸移動(dòng)時(shí)出現(xiàn)Y軸報(bào)警，為了驗(yàn)證系統(tǒng)的正確性，撥下了X軸測量反饋電纜試驗(yàn)，系統(tǒng)出現(xiàn)X軸測量系統(tǒng)故障報(bào)警，因此，可以排除系統(tǒng)誤報(bào)警的原因。

檢查X軸在出現(xiàn)報(bào)警的位置及附近，發(fā)現(xiàn)它對(duì)Y軸測量系統(tǒng)(光柵)并無干涉與影響，且僅移動(dòng)Y軸亦無報(bào) 警，Y軸工作正常。再檢查Y軸電動(dòng)機(jī)電纜插頭、光柵讀數(shù)頭和光柵尺狀況，均未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。

考慮到該設(shè)備屬大型加工中心，電纜較多，電柜與機(jī)床之間的電纜長度較長，且所有電纜均固定在電纜架上，隨機(jī)床來回移動(dòng)。根據(jù)上述分析，初步判斷由于電纜的彎曲，導(dǎo)致局部斷線的可能性較大。

維修時(shí)有意將X軸運(yùn)動(dòng)到出現(xiàn)故障點(diǎn)位置，人為移動(dòng)電纜線，仔細(xì)測量Y軸上每一根反饋信號(hào)線的連接情況，最終發(fā)現(xiàn)其中一根信號(hào)線在電纜不斷移動(dòng)的過程中，偶爾出現(xiàn)開路現(xiàn)象；利用電纜內(nèi)的備用線替代斷線后，機(jī)床恢復(fù)正常。
 



例3．驅(qū)動(dòng)器故障引起跟隨誤差超差報(bào)警維修 
故障現(xiàn)象：某配套SIEMENS PRIMOS系統(tǒng)、6RA26**系列直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)控滾齒機(jī)，開機(jī)后移動(dòng)機(jī)床的Z軸，系統(tǒng)發(fā)生“ERR22跟隨誤差超差”報(bào)警。
      
分析與處理過程：數(shù)控機(jī)床發(fā)生跟隨誤差超過報(bào)警，其實(shí)質(zhì)是實(shí)際機(jī)床不能到達(dá)指令的位置。引起這一故障的原因通常是伺服系統(tǒng)故障或機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的故障。
       
由于機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)為全閉環(huán)結(jié)構(gòu)，無法通過脫開電動(dòng)機(jī)與機(jī)械部分的連接進(jìn)行試驗(yàn)。為了確認(rèn)故障部位，維修時(shí)首先在機(jī)床斷電、松開夾緊機(jī)構(gòu)的情況下，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)Z軸絲杠，未發(fā)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的異常，初步判定故障是由伺服系統(tǒng)或數(shù)控裝置不良引起的。
        
為了進(jìn)一步確定故障部位，維修時(shí)在系統(tǒng)接通的情況下，利用手輪少量移動(dòng)Z軸(移動(dòng)距離應(yīng)控制在系統(tǒng)設(shè)定的最大允許跟隨誤差以內(nèi)，防止出現(xiàn)跟隨誤差報(bào)警)，測量Z軸直流驅(qū)動(dòng)器的速度給定電壓，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)速度給定有電壓輸入，其值大小與手輪移動(dòng)的距離、方向有關(guān)。由此可以確認(rèn)數(shù)控裝置工作正常，故障是由于伺服驅(qū)動(dòng)器的不良引起的。
      
 檢查驅(qū)動(dòng)器發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)器本身狀態(tài)指示燈無報(bào)警，基本上可以排除驅(qū)動(dòng)器主回路的故障。考慮到該機(jī)床X、Z軸驅(qū)動(dòng)器型號(hào)相同，通過逐一交換驅(qū)動(dòng)器的控制板確認(rèn)故障部位在6RA26**直流驅(qū)動(dòng)器的A2板。
        
根據(jù)SIEMENS 6RA26**系列直流伺服驅(qū)動(dòng)器的原理圖，逐一檢查、測量各級(jí)信號(hào)，最后確認(rèn)故障原因是由于A2板上的集成電壓比較器N7(型號(hào)：LM348)不良引起的：更換后，機(jī)床恢復(fù)正常。





例4．故障現(xiàn)象：一臺(tái)配套SIEMENS 850系統(tǒng)、6RA26**系列直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的進(jìn)口臥式加工中心，在開機(jī)后，手動(dòng)移動(dòng)X軸，機(jī)床X軸工作臺(tái)不運(yùn)動(dòng)，CNC出現(xiàn)X跟隨誤差超差報(bào)警。



分析與處理過程：由于機(jī)床其他坐標(biāo)軸工作正常，X軸驅(qū)動(dòng)器無報(bào)警，全部狀態(tài)指示燈指示無故障，為了確定故障部位，考慮到6RA26**系列直流伺服驅(qū)動(dòng)器的速度/電流調(diào)節(jié)板A2相同，維修時(shí)將X軸驅(qū)動(dòng)器的A2板與Y軸驅(qū)動(dòng)器的A2板進(jìn)行了對(duì)調(diào)試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，X軸可以正常工作，但Y軸出現(xiàn)跟隨超差報(bào)警。

        
根據(jù)這一現(xiàn)象，可以得出X軸驅(qū)動(dòng)器的速度/電流調(diào)節(jié)器板不良的結(jié)論。根據(jù)SIEMENS 6RA26**系列直流伺服驅(qū)動(dòng)器原理圖，測量檢查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)少量移動(dòng)X軸時(shí)驅(qū)動(dòng)器的速度給定輸入端57與69端子間有模擬量輸入，測量驅(qū)動(dòng)器檢測端B1，速度模擬量電壓正確，但速度比例調(diào)節(jié)器N4(LM301)的6腳輸出始終為0V。
       
對(duì)照原理圖逐一檢查速度調(diào)節(jié)器LM301的反饋電阻R25、R27、R21，偏移調(diào)節(jié)電阻R10、R12、R13、R15、R14、R12，以及LM301的輸入保護(hù)二極管V1、V2，給定濾波環(huán)節(jié)R1、C1、R20、V14，速度反饋濾波環(huán)節(jié)的R27、R28、R8、R3、C5、R4等外圍元器件，確認(rèn)全部元器件均無故障。
      
 因此，確認(rèn)故障原因是由于LM301集成運(yùn)放不良引起的；更換LM301后，機(jī)床恢復(fù)正常工作，故障排除。
 



例5．CNC故障引起跟隨誤差超差報(bào)警維修   故障現(xiàn)象：某配套SIEMENS PRIMOS系統(tǒng)、6RA26**系列直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)控滾齒機(jī)，開機(jī)后移動(dòng)機(jī)床的Z軸，系統(tǒng)發(fā)生“ERR22跟隨誤差超差”報(bào)警。
 
分析與處理過程：故障分析過程同前例，但在本例中，當(dāng)利用手輪少量移動(dòng)Z軸，測量Z軸直流驅(qū)動(dòng)器的速度給定電壓始終為0，因此可以初步判定故障在數(shù)控裝置或數(shù)控與驅(qū)動(dòng)器的連接電纜上。
        
檢查數(shù)控裝置與驅(qū)動(dòng)器的電纜連接正常，確認(rèn)故障引起的原因在數(shù)控裝置。打開數(shù)控裝置檢查，發(fā)現(xiàn)Z軸的速度給定輸出D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入正確，但無模擬量輸出，從而確認(rèn)故障是由于D/A轉(zhuǎn)換器不良引起的。

更換Z軸的速度給定輸出的12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0800后，機(jī)床恢復(fù)





例6．故障現(xiàn)象：某配套SIEMENS PRIMOS系統(tǒng)、6RA26**系列直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)控滾齒機(jī)，開機(jī)后發(fā)生“ERR21，Y軸測量系統(tǒng)錯(cuò)誤”報(bào)警。

上海西門子數(shù)控伺服系統(tǒng)維修

分析與處理過程：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生測量系統(tǒng)報(bào)警的原因一般有如下幾種：
1)數(shù)控裝置的位置反饋信號(hào)接口電路不良。
2)數(shù)控裝置與位置檢測元器件的連接電纜不良。  
3)位置測量系統(tǒng)本身不良。

由于本機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用的是全閉環(huán)結(jié)構(gòu)，檢測系統(tǒng)使用的是HEIDENHAIN公司的光柵。為了判定故障部位，維修時(shí)首先將數(shù)控裝置輸出的X、Y軸速度給定，將驅(qū)動(dòng)使能以及X、Y軸的位置反饋進(jìn)行了對(duì)調(diào)，使數(shù)控的X軸輸出控制Y軸，Y軸輸出控制X軸。經(jīng)對(duì)調(diào)后，操作數(shù)控系統(tǒng)，手動(dòng)移動(dòng)Y軸，機(jī)床X軸產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，且工作正常，證明數(shù)控裝置的位置反饋信號(hào)接口電路無故障。
       
但操作數(shù)控系統(tǒng)，手動(dòng)移動(dòng)X軸，機(jī)床Y軸不運(yùn)動(dòng)，同時(shí)數(shù)控顯示“ERR21，X軸測量系統(tǒng)錯(cuò)誤”報(bào)警。由此確認(rèn)，報(bào)警是由位置測量系統(tǒng)不良引起的，與數(shù)控裝置的接口電路無關(guān)。檢查測量系統(tǒng)電纜連接正確、可靠，排除了電纜連接的問題。
       
利用示波器檢查位置測量系統(tǒng)的前置放大器EXE601/5-F的Ual和Ua2、*Ua1和Ua2輸出波形，發(fā)現(xiàn)Ua1相無輸出。進(jìn)一步檢查光柵輸出(前置放大器EXE601/5-F的輸入)信號(hào)波形，發(fā)現(xiàn)Ie1無信號(hào)輸入。檢查本機(jī)床光柵安裝正確，確認(rèn)故障是由于光柵不良引起的：更換光柵LS903后，機(jī)床恢復(fù)正常工作。





例7．故障現(xiàn)象：某配套SIEMENS PRIMOS系統(tǒng)、6RA26**系列直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)控滾齒機(jī)，開機(jī)后發(fā)生“ERR21，X軸測量系統(tǒng)錯(cuò)誤”報(bào)警。

        
分析與處理過程：故障分析過程同前例，但在本例中，利用示波器檢查位置測量系統(tǒng)的前置放大器EXE601/5-F的Ual和Ua2、*Ual和*Ua2輸出波形，發(fā)現(xiàn)同樣Ual無輸出。進(jìn)一步檢查光柵輸出(前置放大器EXE601/5-F的輸入)信號(hào)波形，發(fā)現(xiàn)Ie1，信號(hào)輸入正確，確認(rèn)故障是由于前置放大器EXE601/5-F不良引起的。
       
根據(jù)EXE601/5-F的原理(詳見后述)逐級(jí)測量前置放大器EXE601/5-F的信號(hào)，發(fā)現(xiàn)其中的一只LM339集成電壓比較器不良；更換后，機(jī)床恢復(fù)正常工作。
 



例8．驅(qū)動(dòng)器未準(zhǔn)備好的故障維修 
 故障現(xiàn)象：一臺(tái)配套SIEMENS 850系統(tǒng)、6RA26**系列直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的臥式加工中心，在加工過程中突然停機(jī)，開機(jī)后面板上的“驅(qū)動(dòng)故障”指示燈亮，機(jī)床無法正常起動(dòng)。

分析與處理過程：根據(jù)面板上的“驅(qū)動(dòng)故障”指示燈亮的現(xiàn)象，結(jié)合機(jī)床電氣原理圖與系統(tǒng)PLC程序分析，確認(rèn)機(jī)床的故障原因?yàn)閅軸驅(qū)動(dòng)器未準(zhǔn)備好。
 
檢查電柜內(nèi)驅(qū)動(dòng)器，測量6RA26**驅(qū)動(dòng)器主回路電源輸入，只有V相有電壓，進(jìn)一步按機(jī)床電氣原理圖對(duì)照檢查，發(fā)現(xiàn)6RA26**驅(qū)動(dòng)器進(jìn)線快速熔斷器的U、W相熔斷。用萬用表測量驅(qū)動(dòng)器主回路進(jìn)線端1U、1W，確認(rèn)驅(qū)動(dòng)器主回路內(nèi)部存在短路。
       
由于6RA26**交流驅(qū)動(dòng)器主回路進(jìn)線直接與晶閘管相連，因此可以確認(rèn)故障原因是由于晶閘管損壞引起的。
        
逐一測量主回路晶閘管V1-V6，確認(rèn)V1、V2不良(己短路)；更換同規(guī)格備件后，機(jī)床恢復(fù)正常。


由于驅(qū)動(dòng)器其他部分均無故障，換上晶閘管模塊后，機(jī)床恢復(fù)正常工作，分析原因可能是瞬間電壓波動(dòng)或負(fù)載波動(dòng)引起的偶然故障。
 



例9．外部故障引起電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)的故障維修 
故障現(xiàn)象：一臺(tái)配套SIEMENS 6M系統(tǒng)的進(jìn)口立式加工中心，在換刀過程中發(fā)現(xiàn)刀庫不能正常旋轉(zhuǎn)。

分析與處理過程：通過機(jī)床電氣原理圖分析，該機(jī)床的刀庫回轉(zhuǎn)控制采用的是6RA**系列直流伺服驅(qū) 動(dòng)，刀庫轉(zhuǎn)速是由機(jī)床生產(chǎn)廠家制造的“刀庫給定值轉(zhuǎn)換/定位控制”板進(jìn)行控制的。
 
現(xiàn)場分析、觀察刀庫回轉(zhuǎn)動(dòng)作，發(fā)現(xiàn)刀庫回轉(zhuǎn)時(shí)，PLC的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)已輸入，刀庫機(jī)械插銷已經(jīng)拔出，但6RA26**驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)換給定模擬量未輸入。由于該模擬量的輸出來自“刀庫給定值轉(zhuǎn)換/定位控制”板，由機(jī)床生產(chǎn)廠家提供的“刀庫給定值轉(zhuǎn)換/定位控制”板原理圖逐級(jí)測量，最終發(fā)現(xiàn)該板上的模擬開關(guān)(型號(hào)DG201)已損壞，更換同型號(hào)備件后，機(jī)床恢復(fù)正常工作。
 



例10．開機(jī)電動(dòng)機(jī)即高速旋轉(zhuǎn)的故障維修 
故障現(xiàn)象：一臺(tái)與例268同型號(hào)的機(jī)床，在開機(jī)調(diào)試時(shí)，出現(xiàn)手動(dòng)按下刀庫回轉(zhuǎn)按鈕后，刀庫即高速旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致機(jī)床報(bào)警。

分析與處理過程：根據(jù)故障現(xiàn)象，可以初步確定故障是由于刀庫直流驅(qū)動(dòng)器測速反饋極性不正確或測速反饋線脫落引起的速度環(huán)正反饋或開環(huán)。測量確認(rèn)該伺服電動(dòng)機(jī)測速反饋線已連接，但極性不正確；交換測速反饋極性后，刀庫動(dòng)作恢復(fù)正常。 


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