西門子840D數(shù)控系統(tǒng)故障診斷與維修

韓蜀良

（蘭州蘭石石油裝備工程股份有限公司，甘肅蘭州 730000）

0 引言

西門子840D數(shù)控系統(tǒng)在制造企業(yè)中的應(yīng)用較為廣泛，該系統(tǒng)主要分為數(shù)控與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及人機(jī)界面兩部分，系統(tǒng)的正常運(yùn)行需要這兩部分的協(xié)調(diào)配合。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，該系統(tǒng)具備穩(wěn)定性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，但也會(huì)受到多種外界因素的影響，引發(fā)多種類型的故障，影響正常運(yùn)行。結(jié)合實(shí)例，分析系統(tǒng)故障。

1 西門子840D數(shù)控系統(tǒng)故障診斷方法

1.1 西門子840D數(shù)控系統(tǒng)故障診斷方法

（1）感官分析法。西門子840D數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，運(yùn)維人員經(jīng)常會(huì)使用五官進(jìn)行故障的分析，找出故障的類型以及故障發(fā)生的部位，運(yùn)維人員可以根據(jù)故障現(xiàn)場(chǎng)的氣味和溫度進(jìn)行故障分析。

（2）自我診斷預(yù)警。在西門子840D數(shù)控系統(tǒng)中，液晶顯示器運(yùn)行了自我診斷機(jī)制，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)進(jìn)行自我診斷預(yù)警，為運(yùn)維人員故障診斷與維修提供幫助。

（3）參數(shù)的校對(duì)。對(duì)西門子840D數(shù)控系統(tǒng)而言，數(shù)控參數(shù)會(huì)對(duì)其功能造成直接影響，因此運(yùn)維人員需要定期進(jìn)行參數(shù)的校對(duì)，根據(jù)參數(shù)的變化狀況，分析故障的部位及原因，這種故障診斷方法具備較高的可信度，可以正確且高效地診斷出系統(tǒng)的故障。

（4）備份元件的更換。系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，運(yùn)維人員可以通過(guò)更換備用元件的方法，更換存在疑點(diǎn)的元件，從而找出故障部位，將故障損失降到最低。

（5）邏輯分析法。在進(jìn)行西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷時(shí)，運(yùn)維人員還會(huì)用到邏輯分析法。邏輯分析主要是通過(guò)對(duì)西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的工作原理分析，從邏輯的角度對(duì)數(shù)控系統(tǒng)邏輯電平以及相關(guān)特征參數(shù)進(jìn)行分析，了解故障發(fā)生的部位和原因。這種故障診斷方法對(duì)運(yùn)維人員專業(yè)素養(yǎng)的要求較高，只有運(yùn)維人員深入了解西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的各個(gè)部分及各個(gè)部件，才能夠保障邏輯分析方法的有效性。

2 西門子840D數(shù)控系統(tǒng)故障維修方法

2.1 零點(diǎn)調(diào)整

運(yùn)維人員在進(jìn)行西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的維修時(shí)，可以利用通用性技術(shù)提高故障維修效率，如零點(diǎn)調(diào)整技術(shù)。零點(diǎn)調(diào)整操作主要包括3個(gè)步驟：①將設(shè)備的后蓋拆卸之后，露出內(nèi)部的編碼器，通過(guò)對(duì)編碼器的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)調(diào)整；②重新設(shè)置編碼器的相關(guān)參數(shù)；③對(duì)編碼器的參數(shù)進(jìn)行校正，因?yàn)榈诙皆O(shè)置的參數(shù)與以往的參數(shù)存在差距，運(yùn)維人員需要將兩者的差距作為參考點(diǎn)偏移，將參考點(diǎn)偏移的數(shù)據(jù)輸入編碼器，完成西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的零點(diǎn)調(diào)整。

2.2 檢查功率模塊

在西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的故障中，功率模塊故障所占比例相對(duì)較高，運(yùn)維人員需要定期進(jìn)行功率模塊的檢查，保障其穩(wěn)定運(yùn)行。一般來(lái)說(shuō)，功率模塊主要使用萬(wàn)能表進(jìn)行檢查，因?yàn)槿f(wàn)能表可以準(zhǔn)確地測(cè)量出系統(tǒng)的電流值及電壓值等參數(shù)，通過(guò)測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的對(duì)比，可以了解系統(tǒng)的故障狀況。西門子840D數(shù)控系統(tǒng)正常運(yùn)行狀況下，萬(wàn)能表測(cè)量的電阻值為無(wú)窮大。

2.3 優(yōu)化驅(qū)動(dòng)

對(duì)于西門子840D數(shù)控系統(tǒng)而言，對(duì)其驅(qū)動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化，就是對(duì)電流環(huán)、位置環(huán)與速度環(huán)進(jìn)行優(yōu)化。電流環(huán)的優(yōu)化措施相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)殡娏鳝h(huán)出廠時(shí)，生產(chǎn)廠家已經(jīng)按照最優(yōu)原則進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，運(yùn)維人員對(duì)電流環(huán)的優(yōu)化就是對(duì)電流環(huán)參數(shù)的檢查與運(yùn)行試驗(yàn)；位置環(huán)的優(yōu)化措施需要運(yùn)維人員根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況，采取相應(yīng)的優(yōu)化措施；速度環(huán)的化措施需要從速度和材料兩方面入手，運(yùn)維人員可以通過(guò)最佳速度的設(shè)定進(jìn)行優(yōu)化，西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的最優(yōu)速度是10 m/s，速度環(huán)的材料需要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求且具備良好驅(qū)動(dòng)性能，這樣才能夠保障速度環(huán)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 西門子840D數(shù)控系統(tǒng)故障診斷與維修的實(shí)例

3.1 器件松動(dòng)或堵塞故障

（1）西門子840D數(shù)控系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，Z軸出現(xiàn)振動(dòng)、定位不精準(zhǔn)故障。故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)仍處于正常運(yùn)行狀態(tài)，因此判斷系統(tǒng)的電氣部分不會(huì)存在故障，故障由機(jī)械部分引起，拆卸傳動(dòng)箱后發(fā)現(xiàn)齒輪沒(méi)有出現(xiàn)異常狀況，但尺座的螺釘出現(xiàn)晃動(dòng)，存在移位錯(cuò)位現(xiàn)象。重新擰緊固定螺釘后，重啟西門子840D數(shù)控系統(tǒng)，設(shè)備運(yùn)行正常。

（2）西門子840D數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，潤(rùn)滑突然暫停，系統(tǒng)預(yù)警報(bào)警開(kāi)始閃爍，系統(tǒng)停止運(yùn)行。因?yàn)橄到y(tǒng)具備狀態(tài)監(jiān)控功能，可以對(duì)系統(tǒng)潤(rùn)滑體系進(jìn)行全面監(jiān)控，所以故障可以由以下原因引起：①潤(rùn)滑油不足，引起開(kāi)關(guān)自動(dòng)關(guān)閉；②潤(rùn)滑油路泄漏：③潤(rùn)滑油油路堵塞；④潤(rùn)滑油泵電機(jī)過(guò)量加載；⑤壓力開(kāi)關(guān)敏感性降低。故障維修時(shí)，首先檢查壓力開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)壓力開(kāi)關(guān)沒(méi)有異常狀況，能夠正常使用，然后進(jìn)行油箱被潤(rùn)滑部分的檢查，發(fā)現(xiàn)該部分沒(méi)有被潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)油管管道堵塞，將堵塞物清除后，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

（3）某工廠假期后復(fù)工，西門子840D數(shù)控系統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)，3個(gè)給進(jìn)軸都沒(méi)有正常反應(yīng)，但系統(tǒng)指示燈處于亮起狀態(tài)。一般情況下，系統(tǒng)3個(gè)給進(jìn)軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)始終保持一致，這一故障出現(xiàn)的原因在于總控制位置出現(xiàn)異常。首先打開(kāi)系統(tǒng)電氣柜進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)電氣柜板面有預(yù)警提示以及低壓提示，由此可以看出，系統(tǒng)電源或者電壓出現(xiàn)故障。使用萬(wàn)用表依次測(cè)量3個(gè)給進(jìn)軸的電壓，測(cè)量的結(jié)果顯示，1軸的電壓遠(yuǎn)小于另外兩軸的電壓，在深入檢查1軸之后發(fā)現(xiàn)該軸接線位置有松動(dòng)現(xiàn)象，將電氣接線位置重新加固后，西門子840D數(shù)控系統(tǒng)恢復(fù)正常。

3.2 主軸異常響動(dòng)

（1）在611D伺服驅(qū)動(dòng)下，系統(tǒng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出噠噠的異常聲響，調(diào)低主軸轉(zhuǎn)速后，仍舊存在異常聲響，聲響維持一段時(shí)間后系統(tǒng)報(bào)警。首先對(duì)主軸機(jī)械部位進(jìn)行全面檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何機(jī)械損傷；使用萬(wàn)能表檢查主軸的電機(jī)線圈正常。判斷故障部位是主軸驅(qū)動(dòng)器或編碼器，拆卸驅(qū)動(dòng)器后發(fā)現(xiàn)該器件散熱孔被灰塵覆蓋，IGBT模塊在高溫狀況下被燒毀。將驅(qū)動(dòng)器維修后啟動(dòng)西門子840D數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。由此得出，運(yùn)維人員需要定期進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)，清理灰塵，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)主軸的轉(zhuǎn)速設(shè)置＜430 r/min時(shí)出現(xiàn)異常聲響，且系統(tǒng)功率出現(xiàn)較大變化，當(dāng)主軸的轉(zhuǎn)速設(shè)置為1200 r/min時(shí)，異常聲響消失，過(guò)程中系統(tǒng)沒(méi)有報(bào)警。一般情況下，判斷故障可能由控制器、控制電機(jī)或變速箱引起。依次檢查元器件，控制器和電機(jī)正常。當(dāng)檢測(cè)傳動(dòng)裝置時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定為低速（300 r/min）或高速（2100 r/min）時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速一致，但當(dāng)主軸低速運(yùn)行時(shí)，主要是根據(jù)變速箱內(nèi)的齒輪進(jìn)行減速，表明主軸異常聲響由變速箱引起。更換變速箱后，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

3.3 電源故障

611D伺服驅(qū)動(dòng)時(shí)，將主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定為3000 r/min，進(jìn)行設(shè)備的啟動(dòng)，此時(shí)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，但當(dāng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速＞3000 r/min進(jìn)行轉(zhuǎn)剎車時(shí)，611D電源單元出現(xiàn)錯(cuò)誤，進(jìn)行過(guò)電壓的報(bào)警，系統(tǒng)停止運(yùn)行。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面的檢查后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)機(jī)械異常狀況，電路板與元件均處于正常狀態(tài)，更換611D電源單元之后，出現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，更換出現(xiàn)故障的電源單元后，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛，要求運(yùn)維人員掌握其維護(hù)保養(yǎng)、故障診斷和故障維修方法。運(yùn)維人員可以通過(guò)感官分析法、參數(shù)校正法以及邏輯方法進(jìn)行故障診斷，并根據(jù)故障的具體狀況，采取相應(yīng)的維修措施，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。