關(guān)于數(shù)控機(jī)床SIEMENS系統(tǒng)的故障診斷的探討

周成東

摘 要：數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)的加工母機(jī)和國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。它為國民經(jīng)濟(jì)各個部門提供裝備和手段，數(shù)控機(jī)床按故障發(fā)生的部位分類，可以分為主機(jī)故障和電氣控制系統(tǒng)故障，本文主要就SIEMENS系統(tǒng)的故障診斷進(jìn)行說明。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床 故障維修 故障診斷 模塊

一、硬件故障的診斷

SIEMENS系統(tǒng)的硬件特點是模塊少、整體結(jié)構(gòu)簡單，用戶一般無需調(diào)整，硬件的可靠性較高。系統(tǒng)硬件故障時，通常情況下，需要對模塊進(jìn)行檢測與維修，且應(yīng)具備一定的測試條件、工裝和相應(yīng)的維修器件。因此，現(xiàn)場維修時，一般只要求能夠根據(jù)模塊的功能結(jié)合故障現(xiàn)象，判斷、查找出發(fā)生故障的模塊，進(jìn)行備件替換。當(dāng)CPU或存儲器等模塊更換后，還需要重新進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入和系統(tǒng)的初始化調(diào)整，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。

以810/820系統(tǒng)為例，硬件故障的一般檢查方法如下，其他系統(tǒng)的故障診斷方法與此類似。

二、電源模塊的故障診斷

SIEMENS 810與820系統(tǒng)電源模塊的區(qū)別僅在于輸入電壓不同，模塊的輸出電壓及外部接口一致。810系統(tǒng)電源模塊采用的是直流24V輸入，顯示器電源為直流15V；820采用交流220V輸入，顯示器為交流220V。電源模塊的輸出直流電壓有+5V，-5V，+12V，-12V，+15V等，具有過電流、短路等保護(hù)功能。測量、控制端有+5V電壓測量孔、電源正常（POWERSUPPLY OK）信號輸出端子、系統(tǒng)啟動（NC-ON）信號輸入端子及復(fù)位按鈕（RESET）等。

電源模塊的工作過程如下： （1）外部直流24V或交流220V電壓加入；（2）通過短時接通系統(tǒng)啟動（NC-ON）信號，接通系統(tǒng)電源；（3）若控制電路正常，直流輸出線路中無過電流，“電源正?！陛敵鲇|點信號閉合；否則輸出信號斷開。

電源模塊的故障通常可以通過對+5V測量孔的電壓測量進(jìn)行判斷，若接通NC-ON信號后，+5V測量孔有+5V電壓輸出，則表明電源模塊工作正常。

若無+5V電壓輸出，則表明電源模塊可能損壞。維修時可取下電源模塊，檢查各電子元器件的外觀與電源輸入熔絲是否熔斷；在此基礎(chǔ)上，再根據(jù)原理圖逐一檢查各元器件。

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)開機(jī)時有+5V電壓輸出，但幾秒鐘后+5V電壓又?jǐn)嚅_的故障時。一般情況下，電源模塊本身無損壞，故障是由于系統(tǒng)內(nèi)部電源過載引起的。維修時可以將電源模塊拔出，使其與負(fù)載斷開，再通過接通NC-ON正常上電，若這種情況下+5V電壓輸出正常且電源正常信號輸出觸點閉合，則證明電源模塊本身工作正常，故障原因?qū)儆谙到y(tǒng)內(nèi)部電源過載。這時可以逐一取下系統(tǒng)各組成模塊，進(jìn)一步檢查判斷故障范圍。若電源模塊取下后，無+5V輸出仍然只有幾秒的+5V電壓輸出，可能是電源模塊本身存在過載或內(nèi)部元器件損壞，可根據(jù)原理圖進(jìn)行進(jìn)一步的檢查。

三、顯示系統(tǒng)的故障診斷

810/820系統(tǒng)顯示控制主要由CRT、視頻板等部件組成。CRT的作用是將視頻信號轉(zhuǎn)換為圖像進(jìn)行顯示；視頻板的作用是將字符及圖像點陣轉(zhuǎn)換為視頻信號進(jìn)行輸出。

CRT故障時一般有以下幾種現(xiàn)象：

（1）屏幕無任何顯示，系統(tǒng)無法啟動。當(dāng)按住系統(tǒng)面板上的診斷鍵（帶有“眼睛”標(biāo)記的鍵）接通系統(tǒng)電源啟動，在系統(tǒng)啟動時，面板上方的4個指示燈閃爍；（2）屏幕顯示一條水平或垂直的亮線；（3）屏幕左右圖像變形；（4）屏幕上下線性不一致，或被壓縮，或被擴(kuò)展；（5）屏幕圖像發(fā)生傾斜或抖動。

以上故障一般為顯示驅(qū)動線路的不良引起的，維修時應(yīng)重點針對顯示驅(qū)動線路進(jìn)行檢查。

四、CPU板的故障診斷

CPU板是整個系統(tǒng)的核心，它包括了PLC、CNC的控制、處理線路。CPU板上主要安裝有80186處理器、插補(bǔ)器、RAM、EPROM、通信接口、總線等部件。系統(tǒng)軟件固化在EPROM中。PLC程序、NC程序、機(jī)床數(shù)據(jù)可通過兩個V.24口用編程器或計算機(jī)進(jìn)行編輯、傳輸；同時，NC程序、機(jī)床數(shù)據(jù)亦可通過V.24接口進(jìn)行輸入/輸出操作。在系統(tǒng)內(nèi)部，CPU板通過系統(tǒng)總線與存儲板、接口板、視頻板、位置控制板進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)對這些部件的控制。

當(dāng)CPU板故障時，一般有如下現(xiàn)象：

（1）屏幕無任何顯示，系統(tǒng)無法啟動，CPU板上的報警指示紅燈亮；（2）系統(tǒng)不能通過自檢，屏幕有圖像顯示，但不能進(jìn)入CNC正常畫面；（3）屏幕有圖像顯示，能進(jìn)入CNC畫面，但不響應(yīng)鍵盤的任何按鍵；（4）通信不能進(jìn)行。

當(dāng)CPU板故障時，一般情況下只能更換新的CPU備件板。

五、接口板的故障診斷

810/820接口板上主要安裝有系統(tǒng)軟件子程序模塊、兩個數(shù)字測頭的信號輸入端、PLC輸入/輸出模塊的接口部件等。

接口板故障時，一般有如下幾種現(xiàn)象：

（1）系統(tǒng)死機(jī)，無法啟動；（2）接口板上系統(tǒng)軟件與CPU板上系統(tǒng)軟件不匹配，導(dǎo)致系統(tǒng)死機(jī)或報警；（3）PLC輸入/輸出無效；（4）電子手輪無法正常工作。

此板發(fā)生故障時，通常應(yīng)更換一塊新的備件板。

六、存儲器板的故障診斷

810/820存儲器板上安裝有UMS用戶存儲子模塊、系統(tǒng)存儲器子模塊等，其中UMS可以是固化用戶WS800A開發(fā)軟件的用戶程序子模塊，或是西門子的固定循環(huán)子模塊，或是RAM子模塊。

存儲器板故障時，一般有如下幾種現(xiàn)象：

（1）系統(tǒng)死機(jī)，無法啟動；（2）存儲器上的軟件與CPU板上系統(tǒng)軟件不匹配，導(dǎo)致系統(tǒng)死機(jī)或報警。

存儲器板發(fā)生故障時，若通過更換軟件仍然不能排除故障，一般應(yīng)更換一塊新的備件板。

七、位置控制板的故障診斷

位置控制板是CNC的重要組成部分，它由位置控制、編碼器接口、光柵尺的前置放大（EXE）等部件組成。

位置測量系統(tǒng)板故障時，一般有如下現(xiàn)象：

（1）CNC不能執(zhí)行回參考點動作，或每次回參考點位置不一致；（2）坐標(biāo)軸、主軸的運動速度不穩(wěn)定或不可調(diào)；（3）加工尺寸不穩(wěn)定；（4）出現(xiàn)測量系統(tǒng)或接口電路硬件故障報警；（5）在驅(qū)動器正常的情況下，坐標(biāo)軸不運動或定位不正確。

位置控制板發(fā)生故障時，一般應(yīng)先檢查測量系統(tǒng)的接口電路，包括編碼器輸入信號的接口電路、位置給定輸出的D/A轉(zhuǎn)換器回路等，在現(xiàn)場不能修理的情況下，應(yīng)更換一塊新的備件板。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚玲峰，羅綱.基于PLC的西門子810系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床故障診斷與排除.《機(jī)床與液壓》.2010年第2期.

[2]任榮.數(shù)控機(jī)床自診斷及自修復(fù)系統(tǒng)探討.《技術(shù)與市場》.2014年 第9期.

（作者單位：鹽城機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 江蘇鹽城市 224000）