顧振宇

（永城職業(yè)學(xué)院，永城 476600）

西門子802C系統(tǒng)典型故障診斷及排除方法

顧振宇

（永城職業(yè)學(xué)院，永城 476600）

論文結(jié)合自己在處理系統(tǒng)故障過程中的思路和解決辦法，對(duì)易于產(chǎn)生的系統(tǒng)故障進(jìn)行分類并舉例進(jìn)行說明，結(jié)合西門子數(shù)控銑床開機(jī)后各軸都不能移動(dòng)、開機(jī)后各伺服軸報(bào)警等西門子802C系統(tǒng)數(shù)控銑床在日常使用過程中曾出現(xiàn)的典型系統(tǒng)故障進(jìn)行論述。

故障診斷 故障排除 西門子802C系統(tǒng)

永城職業(yè)學(xué)院為了大力發(fā)展高等職業(yè)教育，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手操作能力，自2008年起在數(shù)控實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)方面，加大投資力度，共購(gòu)買了11臺(tái)數(shù)控車床，4臺(tái)西門子系統(tǒng)數(shù)控銑床，基本滿足學(xué)生實(shí)訓(xùn)需求。但隨著機(jī)床使用年限的增加，數(shù)控機(jī)床故障率逐年增加。作者自2010年起針對(duì)數(shù)控銑床發(fā)生的典型故障進(jìn)行維修和處理，取得了良好的效果，基本上能夠滿足學(xué)生實(shí)習(xí)需求。作者結(jié)合自己在維修機(jī)床過程中總結(jié)的處理故障的一般步驟以及維修典型實(shí)例進(jìn)行論述。

由于數(shù)控機(jī)床是綜合多種技術(shù)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，一旦出現(xiàn)故障，多需要進(jìn)行綜合分析，同時(shí)由于數(shù)控系統(tǒng)的自診斷能力還不足以對(duì)所有部件進(jìn)行測(cè)試，往往是一個(gè)報(bào)警號(hào)可能指向眾多的故障原因，使維修人員難以入手。下面介紹維修人員在生產(chǎn)實(shí)踐中常用的排除故障方法。

1 了解故障發(fā)生的過程，多觀察故障的現(xiàn)象

當(dāng)數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，首先要弄清楚故障現(xiàn)象，并做好記錄。如果工作人員也不了解故障發(fā)生的過程，可以讓操作人員進(jìn)行故障再現(xiàn)，在故障再現(xiàn)的過程中注意機(jī)床和操作人員的安全防護(hù)。仔細(xì)觀察故障發(fā)生的過程，記錄故障是在什么情況下發(fā)生的，怎么發(fā)生的，故障帶來什么樣的后果。只有搞到了第一手的信息，才能有利于故障的排除。故障現(xiàn)象搞清楚了，故障也就解決一半了。然后根據(jù)機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的工作原理，有針對(duì)性的確定故障問題所在，盡快使設(shè)備恢復(fù)正常工作。

2 直觀觀察法

直觀觀察法就是利用人的耳朵、眼睛、手、鼻子等感官來查找故障原因。這是一種非常實(shí)用的維修方法。下面介紹常見的幾種方法：

（1）目測(cè)方法，目測(cè)故障板，仔細(xì)檢查有無保險(xiǎn)絲燒斷，元器件受到煙熏、開裂、燒焦現(xiàn)象，有無線頭斷路、線頭斷裂等現(xiàn)象，以此來判斷電路板內(nèi)有無過壓、短路、過流等問題。

（2）通電觀察，首先用萬用表檢查各種各電源模塊之間有無短路現(xiàn)象發(fā)生，如沒有即可逐步接入相應(yīng)電源，并目測(cè)有無打火、冒煙等現(xiàn)象，在確保不會(huì)發(fā)生觸電的情況下用手觸摸各元器件有無異常發(fā)熱現(xiàn)象，以此來判斷一些明顯的故障，從而縮小診斷范圍。

（3）手摸方法，用手去輕搖各元器件，看有無松動(dòng)、虛焊等現(xiàn)象。如有可直接把斷腳或虛焊等故障處理。

3 利用PLC的狀態(tài)信息進(jìn)行故障診斷

數(shù)控機(jī)床的有些故障可以直接根據(jù)故障現(xiàn)象和機(jī)床的電氣原理圖來查看PLC相關(guān)輸入、輸出狀態(tài)來確診故障。

舉一個(gè)實(shí)例，西門子系統(tǒng)數(shù)控銑床開機(jī)后出現(xiàn)Z軸超限位報(bào)警，但仔細(xì)觀察Z軸位置，發(fā)現(xiàn)并未出現(xiàn)超限位現(xiàn)象，并且Z軸行程開關(guān)也未壓下。但利用數(shù)控系統(tǒng)的PLC狀態(tài)顯示功能檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)Z軸限位開關(guān)的輸入值狀態(tài)為“1”。行程開關(guān)確實(shí)已經(jīng)閉合，說明行程開關(guān)確實(shí)出現(xiàn)了問題，更換新的開關(guān)后，機(jī)床故障消除。

4 機(jī)床參數(shù)檢測(cè)法

數(shù)控機(jī)床有些故障是由于在使用一段時(shí)間以后參數(shù)需要調(diào)整，或者在學(xué)生使用設(shè)備進(jìn)行實(shí)訓(xùn)時(shí)隨意修改了機(jī)床部分參數(shù)而造成的。遇到這類故障應(yīng)將機(jī)床參數(shù)進(jìn)行修改為合適值，然后數(shù)控機(jī)床故障得以排除。

5 采用互換法來確定故障點(diǎn)

對(duì)于一些設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器、變頻器、控制系統(tǒng)等大型精密部件的故障檢測(cè)時(shí)，有時(shí)不容易知道故障是元器件的那一部分有問題，在確保不能造成更大損毀的前提下，使用備用控制元器件來代替被懷疑的有問題的元器件也是比較高效的診斷方法。有時(shí)找不到合適的備用元件，也可以與其他機(jī)床上同類型的控制設(shè)備進(jìn)行互換，并進(jìn)行必要參數(shù)的更改，以達(dá)到快速診斷故障的目的。

6 原理分析法

原理分析法是數(shù)控機(jī)床故障診斷過程中最基本的診斷方法之一，當(dāng)其他較為快速的解決方法不能解決實(shí)際問題時(shí)，可以從機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的工作原理出發(fā)，一步一步的進(jìn)行檢測(cè)，最終查出故障原因。該種方法要求維修人員對(duì)該機(jī)床有比較系統(tǒng)的了解，并有豐富的解決故障的經(jīng)驗(yàn)，否則用此類方法查找故障一般需要較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行。

以上6種方法并不是各自獨(dú)立的，維修人員在診斷故障時(shí)可結(jié)合掌握的機(jī)床實(shí)際狀況進(jìn)行綜合利用，以達(dá)到快速高效解決故障的目的。

故障實(shí)例1：西門子數(shù)控銑床開機(jī)后各軸都不能移動(dòng)

故障現(xiàn)象；機(jī)床在開機(jī)后所有軸都不動(dòng)，且不能進(jìn)行回參考點(diǎn)的操作，手動(dòng)移動(dòng)各軸也不能移動(dòng)。

故障分析與檢查：對(duì)伺服系統(tǒng)檢查發(fā)現(xiàn)Z軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊上的紅色報(bào)警燈亮，指示Z軸過載。伺服過載原因很多，包括機(jī)械卡死或阻力過大、電機(jī)出現(xiàn)問題、伺服驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)問題等。本著先易后難的處理原則，步驟如下：

（1）用手轉(zhuǎn)動(dòng)Z軸發(fā)現(xiàn)沒有機(jī)械卡死問題。

（2）檢查驅(qū)動(dòng)電源電壓，發(fā)現(xiàn)均正常，且其他軸驅(qū)動(dòng)模塊沒有故障顯示。

（3）更換Z軸伺服控制模塊，故障不變，說明伺服控制模塊沒有問題。

（4）對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行檢測(cè)，首先將模塊上的直流電源母線拆下，然后拆下電機(jī)的三相電源。

使用萬用表測(cè)量電機(jī)的三相電源輸出電壓，發(fā)現(xiàn)正常。測(cè)量三相電源之間的電阻值發(fā)現(xiàn)正常。確定驅(qū)動(dòng)器無故障。對(duì)Z軸伺服電機(jī)進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如下：

①三相繞組電阻平衡。

②用500V絕緣搖表測(cè)量電機(jī)繞組對(duì)地電阻，只有0.1M歐。

因其他檢查未見異常，所以電機(jī)繞組對(duì)地絕緣為0.1M歐有些偏小是疑點(diǎn)。當(dāng)時(shí)未找到這個(gè)電機(jī)的相關(guān)指標(biāo)，但根據(jù)普通三相交流異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)要求可知繞組絕緣電阻應(yīng)高于0.5M歐，所以懷疑是Z軸伺服電機(jī)有問題。對(duì)電機(jī)進(jìn)行拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)電機(jī)接口絕緣端子有燒損現(xiàn)象。

處理方案措施：更換伺服電機(jī)接線絕緣端子，再次開機(jī)運(yùn)行后，機(jī)床報(bào)警消除恢復(fù)正常工作。

故障原因分析:伺服電機(jī)絕緣端子燒損，使各相繞組絕緣程度下降，可能是由于長(zhǎng)期使電機(jī)處于超載或高壓下工作導(dǎo)致。建議后續(xù)使用機(jī)床過程中避免使機(jī)床處于過載狀態(tài)，并確保接入機(jī)床電源電壓不超過額定值的10%。

故障實(shí)例2：西門子數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)輪廓監(jiān)控報(bào)警故障維修

西門子數(shù)控系統(tǒng)“輪廓監(jiān)控”報(bào)警為西門子系統(tǒng)通用報(bào)警，該報(bào)警內(nèi)容的原因一般是伺服軸加速太慢或者減速太慢，另外在機(jī)床相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)置不當(dāng)也會(huì)出現(xiàn)該故障。

故障現(xiàn)象：當(dāng)數(shù)控機(jī)床在X軸正向運(yùn)動(dòng)過程中，工作正常，但當(dāng)進(jìn)行反方向運(yùn)動(dòng)時(shí)卻出現(xiàn)025050報(bào)警號(hào)報(bào)警，提示X向“伺服環(huán)未準(zhǔn)備好”，并停止進(jìn)給。

故障檢查與分析：西門子802C系統(tǒng)的025050號(hào)報(bào)警時(shí)X軸輪廓監(jiān)控報(bào)警，根據(jù)操作手冊(cè)對(duì)該報(bào)警進(jìn)行分析，其描述為機(jī)床在運(yùn)動(dòng)時(shí)所插補(bǔ)計(jì)算的實(shí)際坐標(biāo)值與機(jī)床實(shí)際運(yùn)行反饋的實(shí)際值差別太大，大于在MDCONTOUR_TOL中存儲(chǔ)的數(shù)值，則程序終止運(yùn)行并發(fā)出報(bào)警[11]。因此導(dǎo)致這種故障的原因可能有以下幾種：

（1）速度環(huán)機(jī)床數(shù)據(jù)設(shè)定不合理。但這臺(tái)機(jī)床已經(jīng)運(yùn)行很多年，在平時(shí)運(yùn)行過程中從未出現(xiàn)過該報(bào)警故障，為慎重起見，對(duì)有關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新核對(duì)，發(fā)現(xiàn)并沒有問題，這種可能性被排除。

（2）當(dāng)機(jī)床加速或減速過程中，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒有達(dá)到應(yīng)該達(dá)到的速度，也會(huì)出現(xiàn)這樣的報(bào)警內(nèi)容，這個(gè)時(shí)間是有KV系統(tǒng)參數(shù)決定的。為此對(duì)NC系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的線路進(jìn)行檢測(cè)，且更換了數(shù)控系統(tǒng)的伺服單元和伺服控制面板，但該故障依然沒有解除。

（3）通過分析可知，伺服反饋系統(tǒng)出現(xiàn)問題也會(huì)引起該報(bào)警內(nèi)容。為此更換NC系統(tǒng)伺服測(cè)量面板，但也未能解除該故障。

（4）對(duì)伺服檢測(cè)反饋元件進(jìn)行檢測(cè)，旋轉(zhuǎn)編碼器在反饋信號(hào)時(shí)如果出現(xiàn)問題，如脈沖丟失或丟轉(zhuǎn)。為此對(duì)脈沖編碼器進(jìn)行檢測(cè)，查看其是否損壞，當(dāng)把脈沖編碼器從伺服電動(dòng)機(jī)拆下時(shí)，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器在徑向上有一點(diǎn)裂紋。根據(jù)故障進(jìn)行分析，由于脈沖編碼器的聯(lián)軸器出現(xiàn)裂紋，當(dāng)電機(jī)進(jìn)行正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，聯(lián)軸器上的裂紋沒有承受過大的力，編碼器不失轉(zhuǎn)，機(jī)床能夠進(jìn)行正常運(yùn)行；而電動(dòng)機(jī)進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，裂紋受力張開，致使編碼器丟轉(zhuǎn)，出現(xiàn)025050號(hào)報(bào)警。

故障處理：更換新的脈沖編碼器聯(lián)軸器，故障隨之排除。

[1]葛曉陽(yáng)等.數(shù)控機(jī)床故障診斷與排除方法[J].設(shè)備管理與維修，2009.2.

[2]牛志斌等.西門子數(shù)控系統(tǒng)加緊監(jiān)控報(bào)警故障處理[J].設(shè)備管理于維修，2012.10.

Typical Fault Diagnosis and Troubleshooting Siemens 802C System

GU Zhenyu
（Yongcheng Vocational College,Yongcheng 476600）

With the author's own ideas and solutions in dealing with the process of system failure,this paper classifies and exemplifies the system which is prone to fail.Typical system failures are discussed in conjunction with different problems.For example,the shafts could not move after Siemens CNC milling machine boot,and each servo axis alarm after starting.

fault diagnosis,troubleshooting,Siemens 802C system