三菱數(shù)控系統(tǒng)Z55 通信故障的分析實(shí)驗(yàn)和排除

付 芩

（江漢大學(xué)機(jī)電與建筑學(xué)院，湖北 武漢 430056）

某客戶專用機(jī)床使用三菱數(shù)控E60 系統(tǒng)，在為其調(diào)試過(guò)程中，有一起“通信故障”反復(fù)出現(xiàn)，很長(zhǎng)時(shí)間不能消除。由于該故障在數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試和使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)，筆者對(duì)引起這起故障的各種因素做了詳盡分析，并且做了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。提出了排除該故障的若干方法。

1 數(shù)控系統(tǒng)的配置和硬件布置

1.1 數(shù)控系統(tǒng)配置

系統(tǒng)：E60

基本I/O：HR341

遠(yuǎn)程I/O：DX110

電源模塊：MDS-C1 -CV-55

驅(qū)動(dòng)器：MDS-C1 -V1 -45

電動(dòng)機(jī)：HA300NC

編碼器：OSE104

1.2 硬件布置

CNC 控制器與顯示器、基本I/O 單元安裝于操縱箱內(nèi)；驅(qū)動(dòng)單元、電源供給及轉(zhuǎn)換單元、遠(yuǎn)程I/O DX110 安裝于電控柜內(nèi)；遠(yuǎn)程I/O DX110 單元通過(guò)通信電纜與基本I/O 相連；操縱箱與電控柜相距15 m，（經(jīng)過(guò)坦克拖鏈）用隨行電纜相連。

2 Z55 通信故障報(bào)警

上電以后，系統(tǒng)“READY”的綠燈亮1 s 后熄滅，報(bào)警畫面出現(xiàn)：

Z55 RIO 未連接 000A

EMG STOP；

每次上電后都出現(xiàn)同一報(bào)警。但本例中出現(xiàn)的報(bào)警現(xiàn)象與以前出現(xiàn)的不同，雖然同為Z55 報(bào)警，但是每次上電后，“Z55 RIO 未連接 000A”隨機(jī)變化，通信故障站的遠(yuǎn)程站的站號(hào)從“0004”隨機(jī)變化為“0008—000A”，但系統(tǒng)沒(méi)有連接如報(bào)警信息指示的遠(yuǎn)程I/O 站。而且每次都伴有“EMG STOP”報(bào)警出現(xiàn)，表示由于PLC 程序停止運(yùn)行引起系統(tǒng)急停。

出現(xiàn)故障報(bào)警后，觀察到基本I/O 單元和遠(yuǎn)程I/O 單元上的表示遠(yuǎn)程通信的綠燈是亮的，表示遠(yuǎn)程通信是“通信正?！?。而且“EMGSTOP”報(bào)警表示PLC程序停止運(yùn)行；但實(shí)際上NC 內(nèi)的PLC 程序 在正常運(yùn)行，并沒(méi)有停止。

3 對(duì)報(bào)警的分析和判斷

Z55 報(bào)警的實(shí)質(zhì)是：在控制器（或基本I/O）和遠(yuǎn)程I/O 之間的通訊出現(xiàn)了故障和錯(cuò)誤。所以下列情況可能會(huì)引起Z55 報(bào)警。

（1）通信電纜型號(hào)選用不當(dāng)以及通信電纜有脫線或虛焊。

電纜型號(hào)選用；當(dāng)控制器與遠(yuǎn)程I/O 在同一控制柜內(nèi)時(shí)，可以用SH411 電纜；如果控制器與遠(yuǎn)程I/O不在同一控制柜內(nèi)時(shí)，必須使用FUCA -R211 電纜。FUCA-R211 電纜帶有屏蔽線，其屏蔽線必須接地（屏蔽線兩端有FG 端子）。SH41 電纜沒(méi)有屏蔽線。本例是在較長(zhǎng)距離（15 m 以上）連接使用了SH411 電纜，由于其沒(méi)有屏蔽線接地，很可能由此也引發(fā)了Z55 報(bào)警。而且其報(bào)警出現(xiàn)是隨機(jī)的，沒(méi)有規(guī)律。

（2）控制器與基本IO 之間的通訊電纜CF10 插頭松動(dòng)或電纜故障。

當(dāng)主電動(dòng)機(jī)回路絕緣不好時(shí)出現(xiàn)過(guò)Z55 報(bào)警。這是電動(dòng)機(jī)的接地線和通信電纜R211 的屏蔽線共地引起的故障。

（3）對(duì)遠(yuǎn)程I/O 的供電不正常。

（4）遠(yuǎn)程I/O 單元硬件有故障。

（5）外部干擾。

4 排除故障的方法及相關(guān)實(shí)驗(yàn)

檢查基本I/O 和遠(yuǎn)程I/O 之間的通信電纜。該電纜的制作要求是線粗0.3 mm2，外加屏蔽，屏蔽層接地。而且要求通信電纜與動(dòng)力電纜分開(kāi)。

客戶實(shí)際制作的通信電纜線粗0.12 mm2，無(wú)屏蔽層接地。而且通信電纜與動(dòng)力電纜同時(shí)穿管走線。

整改措施1：（1）要求客戶將動(dòng)力線與通信線分開(kāi)穿管走線，依舊報(bào)警；（2）要求客戶制作0.3 mm2通信線，換通信電纜后，依舊報(bào)警；（3）將通信電纜屏蔽層接地，依舊報(bào)警。這樣，排除了通信電纜的影響。另外，在將線徑加粗時(shí)，基本I/O 上出現(xiàn)“通信異?！?。

整改措施2：原電抗器進(jìn)線端與出線端接反，改正后依舊報(bào)警。說(shuō)明與電抗器接線無(wú)關(guān)。

整改措施3：更換了基本I/O、遠(yuǎn)程I/O 單元，仍然報(bào)警，排除了有關(guān)硬件的影響。

整改措施4：改善了接地系統(tǒng)，各單元都接地，仍然報(bào)警。由于報(bào)警信息的隨機(jī)變化，可以判定是干擾引起的，況且電控柜內(nèi)有電源單元、變頻器等干擾源存在。

5 干擾源及其影響

5.1 干擾源

（1）電源單元。電源模塊：MDS-C1 -CV-55，其功能除了向驅(qū)動(dòng)器提供工作電源外，還要將制動(dòng)過(guò)程的再生電流經(jīng)過(guò)整波后送回電網(wǎng)，其間要產(chǎn)生大量高次諧波。所以電源單元是一個(gè)強(qiáng)大的干擾源。

（2）變頻器。電控柜內(nèi)裝有變頻器，變頻器也是通過(guò)PWM 方式獲得不同的工作頻率，也會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波。所以變頻器是一個(gè)強(qiáng)大的干擾源。

（3）直流開(kāi)關(guān)電源。

5.2 相關(guān)的實(shí)驗(yàn)

為了判斷各干擾源的影響，在工作現(xiàn)場(chǎng)做了如下實(shí)驗(yàn)：

（1）將數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定為“無(wú)伺服系統(tǒng)”運(yùn)行模式，脫開(kāi)連接伺服系統(tǒng)的總線電纜；遠(yuǎn)程I/O 單元保持連接，在4 h 內(nèi)未出現(xiàn)報(bào)警。此時(shí)伺服系統(tǒng)包括電源單元處于上電狀態(tài)；4 h 后出現(xiàn)過(guò)同一報(bào)警。

（2）將遠(yuǎn)程I/O 單元從控制柜中移出1 m，上電后不馬上出現(xiàn)報(bào)警，在3～5 min 后出現(xiàn)同一報(bào)警；將遠(yuǎn)程I/O 單元從控制柜中移出5 m，上電后不出現(xiàn)報(bào)警，在1～2 h 后出現(xiàn)同一報(bào)警。

這表明控制柜內(nèi)有干擾源存在，而且受距離的影響。由于控制柜內(nèi)的變頻器未啟動(dòng)，只有開(kāi)關(guān)電源和伺服系統(tǒng)工作。那么開(kāi)關(guān)電源的影響有多大呢？

（3）客戶原采用一般市售DC24V 直流開(kāi)關(guān)電源。筆者用三菱數(shù)控系統(tǒng)自帶的DC24V 直流電源PD25向遠(yuǎn)程I/O 單元供電，情況有所改善。一度上電后不發(fā)生報(bào)警，稍后又有報(bào)警發(fā)生。再用同一DC24V 直流電源PD25 向遠(yuǎn)程I/O 單元所管理的輸入輸出回路供電，在2 h 內(nèi)未發(fā)生報(bào)警。

這說(shuō)明良好的電源對(duì)抗干擾很重要。

用客戶使用的市售DC24V 直流開(kāi)關(guān)電源向遠(yuǎn)程I/O 單元供電，將開(kāi)關(guān)電源移出控制柜5 m 之外，在2 h 內(nèi)偶有報(bào)警發(fā)生。將開(kāi)關(guān)電源移回控制柜內(nèi)，報(bào)警立即發(fā)生。

換用某名牌DC24V 直流開(kāi)關(guān)電源向遠(yuǎn)程I/O 單元供電，將開(kāi)關(guān)電源移出控制柜5 m 之外，在4 h 內(nèi)偶有報(bào)警發(fā)生，將開(kāi)關(guān)電源移回控制柜內(nèi)，報(bào)警立即發(fā)生。

這說(shuō)明開(kāi)關(guān)電源也是一較強(qiáng)的干擾源，在安裝時(shí)應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離遠(yuǎn)程I/O 單元。

6 結(jié)論

經(jīng)過(guò)綜合分析，得出如下結(jié)論：

（1）通信電纜必須達(dá)到0.3 mm2的要求而且要有屏蔽層。

（2）除了伺服系統(tǒng)及其電源再生單元和變頻器是干擾源外，一般的開(kāi)關(guān)單元也是足夠大的干擾源。

（3）應(yīng)該將遠(yuǎn)程I/O 單元，基本I/O 單元與上述干擾源分開(kāi)裝于不同的電柜中?；蛘邔?duì)裝有伺服系統(tǒng)及其電源再生單元和變頻器的電柜做足夠的屏蔽。

在本例中，將遠(yuǎn)程I/O 移到操縱箱中，遠(yuǎn)離干擾源，采用標(biāo)準(zhǔn)線徑的通信電纜后，故障消除。