基于SIMOTION運動控制系統(tǒng)的20T高速沖槽機故障實例分析

喬英輝

(上海電氣集團上海電機廠有限公司，上海 200240)

0 引言

SIMOTION運動控制系統(tǒng)是可縮放、模塊化、高性能的運動控制系統(tǒng)，能夠適應(yīng)集中或分布式的機器設(shè)計，可提供基于PC、控制器或驅(qū)動器的各類解決方案。在金屬物料加工、金屬成型、印刷、包裝等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用。隨著計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，機電一體化技術(shù)得到迅速提升，運動控制技術(shù)也得到了前所未有的提高，西門子公司的SIMOTION運動控制技術(shù)應(yīng)運而生。

SIMOTION系統(tǒng)由工程開發(fā)系統(tǒng)、工藝對象和硬件平臺三部分組成。不同于傳統(tǒng)的運動控制系統(tǒng)，SIMOTION系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)的硬件軸卡，以軟件來實現(xiàn)軸控制功能。軸控制的各種功能可以通過選購不同的軟件包來實現(xiàn)。SIMOTION系統(tǒng)若在工作中出現(xiàn)問題或故障，可以用SIMOTION SCOUT工程軟件來進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、功能測試和調(diào)試、故障診斷和恢復(fù)等。但SIMOTION運動控制系統(tǒng)是一個軟硬件高度集成的系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障，應(yīng)用客戶有時根本無從著手。這就需要我們熟知SIMOTION系統(tǒng)的應(yīng)用，運用各種手段來準(zhǔn)確判斷出現(xiàn)的問題或故障點，才能有效的解決問題。

德國進(jìn)口舒勒20T高速沖槽機是上電公司的核心裝備，采用全套西門子公司的控制系統(tǒng)，核心部分為SIMOTION D435運動控制系統(tǒng)、再加上S7-300 PLC和PC 677觸摸屏計算機。

1 故障實例分析

1.1 故障實例1

某次設(shè)備啟動，觸摸屏計算機上通報SIMOTION系統(tǒng)故障、無法與D435通訊。打開電柜，發(fā)現(xiàn)SIMOTION D435上所有LED狀態(tài)燈為黃色、小顯示屏上顯示數(shù)字為“0”，而正常工作狀態(tài)應(yīng)該顯示“6”，說明SIMOTION系統(tǒng)無法啟動自檢。

查閱相關(guān)資料，我們初步判斷CF卡中引導(dǎo)區(qū)軟件出現(xiàn)了問題、導(dǎo)致系統(tǒng)不能啟動。用讀卡器在電腦上判斷CF卡的好壞，結(jié)果CF卡完全正常。根據(jù)經(jīng)驗和參閱技術(shù)資料，我們決定對CF卡引導(dǎo)區(qū)軟件進(jìn)行重新裝載。將CF卡插入讀卡器，連接到電腦，將CF卡中的所有程序在電腦上保存，然后刪除CF卡中的所有文件，將所需版本的固件文件(Firmware SIMOTION V4.1 SP1 incl.SINAMICS V2.5 SP1)復(fù)制到CF卡中。打開SCOUT軟件，在“OPTION”菜單選項下選擇“Write boot sector”， 出現(xiàn)圖1畫面： 點擊“Browse”按鈕， 選擇與CF卡相一致的引導(dǎo)文件(實際所使用的CF卡為512 M)。

選擇裝載文件D4xx_boot512，將引導(dǎo)文件導(dǎo)入CF卡。最后將保存在電腦里的所有文件復(fù)制到CF卡。將CF卡插入D435，通上電源，舒勒20T高速沖槽機恢復(fù)了正常工作。

圖1 boot文件位置和文件選擇

1.2 故障實例2

某次下班正常關(guān)機，但第二天開機，X軸的SINAMICS S120驅(qū)動器上Ready信號亮紅燈，SIMOTION D435控制器狀態(tài)燈不正常、操作界面上也沒有任何報警提示。大約通電1 h后，X軸驅(qū)動器Ready燈亮綠燈、D435控制器狀態(tài)燈正常，沖槽機可以正常工作。經(jīng)反復(fù)檢查，只要不斷電源，設(shè)備可以一直正常工作。過了有一段時間，某次周末斷了設(shè)備電源，周一開機，老問題又出現(xiàn)了。這次通電了很長時間，狀態(tài)也沒有變化、操作界面上也沒有任何報警提示。

通過參閱技術(shù)資料，我們決定將PC與PLC S7-300的DP口連接，打開SIMOTION SCOUT軟件，通過S7路由方式在線監(jiān)控X軸驅(qū)動器，查看X軸的報警信息，如圖2所示。

圖2 X軸報警信息

根據(jù)診斷信息可以初步判斷，驅(qū)動器發(fā)生接地故障或者過載。由于驅(qū)動器開機自檢就報故障，可以排除過載原因，進(jìn)一步判斷故障原因是接地引起的過載。重點檢查驅(qū)動器的外部元件(電機、制動器等)及外部連接線，確定都處于正常狀態(tài)，因此懷疑驅(qū)動器內(nèi)部的IGBT功率模塊性能不良。驅(qū)動器經(jīng)送廠家指定專業(yè)修理單位修理，驅(qū)動器修復(fù)后重新裝機試車，舒勒20T高速沖槽機恢復(fù)正常工作。

1.3 故障實例3

某次出現(xiàn)故障：操作界面沒有具體的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)顯示，PLC處于運行狀態(tài)、但CPU上的SF紅燈亮。經(jīng)用STEP 7在線連接PLC，讀取CPU的診斷緩沖，如圖3所示。

圖3 S7-300 CPU診斷緩沖信息

通過讀取診斷緩沖，可以看出：外部模塊(診斷地址2044)處于STOP狀態(tài)。查看硬件組態(tài)，發(fā)現(xiàn)SIMOTION D435的診斷地址為2044。觀察D435的LED狀態(tài)指示燈，RDY綠燈亮、STOP紅燈亮、DP1綠燈閃爍。根據(jù)技術(shù)資料上的解釋，D435處于Bus status“clear”，從表面無法判斷D435具體的工作狀態(tài)。將PC與PLC S7-300的DP口連接，打開SIMOTION SCOUT軟件，通過S7路由方式在線連接D435，讀取D435 CPU的診斷緩沖，如圖4所示。

根據(jù)診斷緩沖，主要的故障信息為“Read access to array outside array bounds”。Event ID：16#F360：BF82。打開幫助文檔，Event ID：16#F360：BF82的詳細(xì)解釋見圖5。

圖4 Simotion D435 CPU診斷緩沖信息

圖5 診斷信息幫助文檔

根據(jù)解釋，用戶程序數(shù)組元素變量的索引值超過了限制值，解決方案是檢查用戶程序。但是制造商沒有給我們用戶程序，所以也無從談起檢查程序；

另外，原有程序也不應(yīng)該有問題，因為設(shè)備已經(jīng)正常工作好幾年。我們分析：SIMOTION D的存儲器分為4個部分，分別是RAM Disk、RAM、Petentive memory以及Persistent memory.。其中RAM Disk、RAM合稱為DRAM，DRAM的數(shù)據(jù)斷電即丟失，為易失性存儲器。DRAM保存數(shù)據(jù)包括組態(tài)、工藝包TP、用戶程序等，通電后自動從CF卡拷貝；SRAM，即Retentive memory，也稱為NVRAM，為非易失性存儲器，可掉電保持。保存的數(shù)據(jù)為karnel Data、保持性變量和TO保持性數(shù)據(jù)等。該存儲器的數(shù)據(jù)只有在執(zhí)行存儲器總復(fù)位的情況下，才能從CF卡拷貝；Petentive memory就是CF卡，它相當(dāng)于EEPROM，內(nèi)存數(shù)據(jù)可以永久保存，存儲所有所需數(shù)據(jù)。一般計算機系統(tǒng)出現(xiàn)問題，首先想到的是開機重啟。對SIMOTION D435系統(tǒng)而言，正常的開機重啟會從CF卡重新裝載組態(tài)、工藝包TP、用戶程序等，但不會更新保持性變量和數(shù)據(jù)。開機重啟沒有解決問題，懷疑程序中引用的保持性變量和數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題，導(dǎo)致了程序數(shù)組元素變量的索引值超過了限制值而報警。因此，要清除SRAM中的內(nèi)容，只有執(zhí)行系統(tǒng)總復(fù)位(Overall reset)動作，才能清除SRAM中的數(shù)據(jù)。

Overall reset操作將刪除DRAM中的所有數(shù)據(jù)，復(fù)位后從CF卡重新拷貝。

存儲器總復(fù)位，執(zhí)行總復(fù)位后，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

2 結(jié)語

總結(jié)SIMOTION運動控制系統(tǒng)發(fā)生的故障，我們認(rèn)為：它不同于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，故障不僅有一般的硬件故障、還有各類軟件故障。有時發(fā)生故障，操作界面沒有任何提示。這就要求我們用好SIMOTION SCOUT這個工程軟件，聯(lián)機讀取各類診斷信息，并對診斷信息作出正確的解讀，這樣才能及時準(zhǔn)確地判斷出故障點及時有效的解決問題。