FANUC0iD系統(tǒng)βi系列伺服上電過(guò)程分析及故障排除

雷楠南

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 三門峽 472000）

一、引言

在FANUC0iD系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床上，進(jìn)給伺服系統(tǒng)為全數(shù)字伺服系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)軸卡實(shí)現(xiàn)伺服控制的位置、速度、電流三環(huán)運(yùn)算控制，將PWM控制信號(hào)傳遞給伺服驅(qū)動(dòng)器，用于控制伺服電機(jī)。FANUC0iD系統(tǒng)配置的伺服放大器有αi系列和βi系列兩種類型，CNC與伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)FSSB連接實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制，二者之間的信息傳輸以網(wǎng)絡(luò)通信的形式進(jìn)行，因此驅(qū)動(dòng)器又被稱為網(wǎng)絡(luò)從站。αi系列伺服驅(qū)動(dòng)器為FANUC公司常用的高性能驅(qū)動(dòng)器，而βi系列則屬于經(jīng)濟(jì)性伺服驅(qū)動(dòng)器，常用于中低檔數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)軸控制。由于βi系列伺服驅(qū)動(dòng)器性價(jià)比高，目前在國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較為廣泛，文中以βi系列伺服驅(qū)動(dòng)器為例來(lái)介紹伺服驅(qū)動(dòng)器的硬件連接并分析其上電過(guò)程和故障排除方法。

二、FANUCβi系列伺服驅(qū)動(dòng)器硬件連接方法

通常，在國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床上采用FS-0i Mate-C/D數(shù)控系統(tǒng)配置βi系列單軸標(biāo)準(zhǔn)型伺服驅(qū)動(dòng)器方式。βi系列伺服驅(qū)動(dòng)器有單軸標(biāo)準(zhǔn)型、單軸高電壓型及雙軸標(biāo)準(zhǔn)型，其中以單軸標(biāo)準(zhǔn)型最為常用。對(duì)于βi系列單軸標(biāo)準(zhǔn)型伺服驅(qū)動(dòng)器的硬件連接如圖1所示，主要是驅(qū)動(dòng)器主電源、控制電源、制動(dòng)電阻、FSSB連接、急停及MCC電路連接等。

驅(qū)動(dòng)器與CNC系統(tǒng)、伺服電機(jī)之間的連接要求如下：CNC與伺服驅(qū)動(dòng)器之間通過(guò)FSSB總線進(jìn)行連接；驅(qū)動(dòng)器主電源輸入電壓為三相交流200V、由伺服變壓器提供；控制電源輸入電壓為直流24V（一般允許電壓范圍為24V±10%，即21.6V至26.4V），由外部穩(wěn)壓電源提供。同一機(jī)床上的伺服驅(qū)動(dòng)器主電源和控制電源應(yīng)分別連接在同一伺服變壓器和穩(wěn)壓電源。驅(qū)動(dòng)器控制電路主要用來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器的啟動(dòng)與停止，驅(qū)動(dòng)器之間的急停信號(hào)利用外部的控制總線連接，外部急停觸點(diǎn)只需連接到第1個(gè)驅(qū)動(dòng)器的CX30接口上；驅(qū)動(dòng)器的24V控制電源連接時(shí)，要求伺服系統(tǒng)中第一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的CXA19B接口應(yīng)接入外部直流24V穩(wěn)壓電源；后續(xù)驅(qū)動(dòng)器的控制電源由前一個(gè)驅(qū)動(dòng)器提供，具體實(shí)現(xiàn)方法是后續(xù)驅(qū)動(dòng)器的CXA19B接口連接至前一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的CXA19A接口，從而得到直流24V電源；驅(qū)動(dòng)器的主電源通/斷控制由CX29接口通斷允許觸點(diǎn)輸出，驅(qū)動(dòng)能力為交流250V，一般情況下為提高可靠性，應(yīng)將所有驅(qū)動(dòng)器的輸出觸點(diǎn)依次串聯(lián)后作為主接觸器的通斷運(yùn)行信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器之間的FSSB光纜總線連接要求為：伺服系統(tǒng)中第一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的COP10B接口連接CNC，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器的COP10B接口連接至前一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的COP10A接口。

圖1 伺服驅(qū)動(dòng)器之間的硬件連接

三、FANUC0iD系統(tǒng)伺服上電過(guò)程分析

（一）伺服驅(qū)動(dòng)器上電回路原理及上電過(guò)程分析

伺服上電通常是指伺服驅(qū)動(dòng)器上的電磁接觸器（MCC）接通伺服主電源回路的過(guò)程。FANUC伺服系統(tǒng)上電回路通常設(shè)計(jì)為圖2所示，利用急停控制回路中KA10繼電器的一對(duì)常開觸點(diǎn)接在數(shù)控系統(tǒng)中的第1塊伺服驅(qū)動(dòng)器的CX30接口，KA10繼電器的另一對(duì)常開觸點(diǎn)接在PMC的X8.4地址；KM2為控制伺服驅(qū)動(dòng)器上電的接觸器（MCC），其線圈與外部110V交流電源串接在伺服驅(qū)動(dòng)器的CX29接口。其中，CX30、CX29接口內(nèi)部構(gòu)造詳見圖2所示，CX30接口在伺服正常上電時(shí)，利用急停常閉觸點(diǎn)信號(hào)接通其內(nèi)部的+24V與*ESP端子，伺服驅(qū)動(dòng)器才能就緒；當(dāng)伺服驅(qū)動(dòng)器就緒后，CX29內(nèi)部常開觸點(diǎn)會(huì)自動(dòng)吸合，接通MCC回路。

圖2 伺服驅(qū)動(dòng)器上電回路原理圖

伺服驅(qū)動(dòng)器上電過(guò)程如下：數(shù)控系統(tǒng)開機(jī)自檢，系統(tǒng)無(wú)急停報(bào)警情況下，CNC軸卡通過(guò)FSSB發(fā)出MCON信號(hào)給伺服驅(qū)動(dòng)器，如果沒有急停（由CX30端子輸入）和其他報(bào)警，伺服放大器內(nèi)部回路（CXA19B接口輸入的直流24V控制電源）正常，則驅(qū)動(dòng)器CX29接口內(nèi)部觸點(diǎn)閉合，主接觸器MCC線圈得電，其主觸點(diǎn)吸合，伺服放大器返回應(yīng)答信號(hào)VRDY給CNC，完成伺服上電過(guò)程。由圖2可知，急停信號(hào)決定著伺服驅(qū)動(dòng)器主電源是否接通。在急停控制回路中，接至PMC的急?？刂菩盘?hào)X8.4若斷開，則數(shù)控系統(tǒng)會(huì)提示急?！癊MG”報(bào)警；接至伺服驅(qū)動(dòng)器的CX30接口的急停信號(hào)斷開時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)提示“SV0401報(bào)警，即伺服就緒信號(hào)關(guān)閉”。由此可見，伺服驅(qū)動(dòng)器正常上電時(shí)，要滿足如下條件：首先，數(shù)控系統(tǒng)正常上電；其次，伺服驅(qū)動(dòng)器CXA19B接口接入直流DC24V電源（控制電源正常）；第三，松開急停按鈕，急?；芈分蠯A10繼電器線圈得電，接入數(shù)控系統(tǒng)的急停X8.4輸入正常，使系統(tǒng)內(nèi)部G8.4信號(hào)得電，消除系統(tǒng)“EMG”急停報(bào)警；接在驅(qū)動(dòng)器CX30接口的KA10常開觸點(diǎn)閉合，使CX30接口內(nèi)部構(gòu)成短接，解除驅(qū)動(dòng)器急停狀態(tài)；最后，伺服驅(qū)動(dòng)器經(jīng)自檢查后，無(wú)急停輸入情況下，驅(qū)動(dòng)器CX29接口的“驅(qū)動(dòng)器主電源通/斷允許觸點(diǎn)”閉合，使主電源控制電路中的交流接觸器KM2線圈得電，伺服主電源回路中的KM2主觸頭閉合，伺服電源接入驅(qū)動(dòng)器，完成伺服上電。

（二）伺服驅(qū)動(dòng)器上電相關(guān)電氣回路

在上述分析βi系列伺服驅(qū)動(dòng)器上電過(guò)程中可知，實(shí)現(xiàn)圖2所示上電原理的前提條件是數(shù)控系統(tǒng)正常上電、系統(tǒng)無(wú)急停報(bào)警、CNC與伺服驅(qū)動(dòng)器之間通訊正常且伺服放大器內(nèi)部回路（CXA19B接口輸入的直流24V控制電源）正常。

如圖3所示為數(shù)控系統(tǒng)上電及急停控制回路電氣原理圖，從圖中可知：在開關(guān)電源正常工作情況下，按下SB2按鈕時(shí)KA9繼電器線圈得電自鎖，其常開觸點(diǎn)KA9-1將開關(guān)電源輸出的直流24V電源接入數(shù)控系統(tǒng)的CP1接口，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上電。結(jié)合圖2、圖3電氣原理可知，當(dāng)急停按鈕松開后，其常閉觸點(diǎn)接通KA10繼電器線圈；在KA10繼電器線圈得電后，其常開觸點(diǎn)KA10-1、KA10-2閉合，使CX30接口內(nèi)部構(gòu)成短接并接通數(shù)控系統(tǒng)的急停X8.4，使伺服準(zhǔn)備就緒并消除系統(tǒng)的急停“EMG”報(bào)警。此外，CNC與伺服驅(qū)動(dòng)器之間通訊正常的前提是伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部回路正常工作，即伺服驅(qū)動(dòng)器的CXA19B接口必須接入直流24V控制電源。需要注意的是數(shù)控系統(tǒng)的急停控制一般是通過(guò)PMC程序?qū)崿F(xiàn)的，其程序如圖4所示。

圖3 數(shù)控系統(tǒng)上電及急?？刂苹芈冯姎庠韴D

圖4 急?？刂芇MC梯形圖程序

X8.4為FANUC數(shù)控系統(tǒng)急停輸入連接的固定地址，G8.4為系統(tǒng)規(guī)定的急停信號(hào)。G8.4信號(hào)為低電平“0”有效[8]，即 G8.4 信號(hào)為低電平“0”時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入緊急停止?fàn)顟B(tài)。由此可見，消除數(shù)控系統(tǒng)急停報(bào)警的方法是利用X8.4接通G8.4信號(hào)，使其為高電平“1”信號(hào)。G70.7機(jī)床準(zhǔn)備好信號(hào)，高電平“1”有效，系統(tǒng)解除急停的同時(shí)機(jī)床準(zhǔn)備好。

四、FANUC伺服系統(tǒng)常見故障及排除方法

（一）FANUC伺服系統(tǒng)上電過(guò)程常見故障及排除

伺服系統(tǒng)的主要作用是控制機(jī)床坐標(biāo)軸按照給定程序指令進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，因此實(shí)現(xiàn)機(jī)床坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的前提是伺服正常上電。在FANUCβi系列伺服驅(qū)動(dòng)器上電過(guò)程常見的故障現(xiàn)象可以分兩大類：一類是數(shù)控系統(tǒng)顯示屏上有報(bào)警提示且伺服不能上電；另一類是數(shù)控系統(tǒng)顯示屏上無(wú)報(bào)警提示、伺服不能上電。在數(shù)控系統(tǒng)正常上電情況下：前一類現(xiàn)象表現(xiàn)為松開急停按鈕，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)顯示屏上有急停報(bào)警“EMG”，伺服驅(qū)動(dòng)器不能上電；或者系統(tǒng)顯示屏上顯示“SV0401(V)—伺服就緒信號(hào)關(guān)閉”報(bào)警，伺服不能上電；后一類現(xiàn)象則表現(xiàn)為系統(tǒng)顯示屏上既無(wú)急?！癊MG”報(bào)警也無(wú)“SV0401伺服就緒信號(hào)關(guān)閉”報(bào)警。依據(jù)βi系列伺服驅(qū)動(dòng)器上電過(guò)程可知，針對(duì)前一類報(bào)警，必須先排除系統(tǒng)急停故障或伺服未就緒故障，伺服才具備上電的條件；而后一種報(bào)警，通常是由于MCC電路有故障，可能是MCC電路發(fā)生斷路或外部電源不能正常工作。為了方便廣大維修維護(hù)技術(shù)人員能夠快速進(jìn)行伺服上電故障診斷和排除，給出了FANUCβi系列伺服驅(qū)動(dòng)器上電故障診斷流程如圖5所示。

圖5 服上電故障診斷及排除流程

（二）伺服系統(tǒng)其它常見故障及排除方法

FANUC系列伺服系統(tǒng)常見故障雖然較多，但是在伺服驅(qū)動(dòng)器上電后，大部分的伺服故障均通過(guò)故障報(bào)警顯示在系統(tǒng)顯示屏上。對(duì)于這些故障，在排除故障時(shí)可通過(guò)查閱FANUC維修說(shuō)明書進(jìn)行相應(yīng)的故障報(bào)警排除，下面列出了部分常見故障及排除方法如表1所示[9]。

表1 常見伺服報(bào)警及故障排除方法

五、小結(jié)

本文詳細(xì)的介紹了FANUCβi系列伺服系統(tǒng)硬件連接方法、分析了伺服上電的過(guò)程，為伺服系統(tǒng)故障診斷排除提供了有效的參考方法。伺服系統(tǒng)發(fā)生故障的直接表現(xiàn)是數(shù)控機(jī)床進(jìn)給坐標(biāo)軸不能移動(dòng)，因此在排除伺服系統(tǒng)故障時(shí)應(yīng)先檢查伺服驅(qū)動(dòng)器是否存在上電故障；然后在伺服驅(qū)動(dòng)器正常上電后，還需檢查伺服參數(shù)設(shè)置、PMC程序編制等因素造成伺服系統(tǒng)不能正常工作故障。由此可見，要想熟練地排除故障，需要維修維護(hù)技術(shù)人員必須全面的掌握伺服驅(qū)動(dòng)器的硬件連接、伺服設(shè)定、PMC編程等全面的技術(shù)。