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西门子数控系统故障维修方法
日期:2012-3-7 18:06:00    阅读:

西门子SINUMERIK810D/840D数控系统以及与之配套使用的SIMODRIVE611D驱动模块为例,简要说明西门子数控系统的故障维修方法。

         一、前言
  
  自从1952年美国研制出第一台数控机床,经过了50多年的发展,现在已经遍布所有的工业领域。随着数控机床日益广泛地应用于关键岗位和关键工序上,如果出现故障后不能及时维修将会造成很大的损失,因此数控系统的维修也显得日益重要和急迫起来!
  
  德国西门子公司是目前国内应用相当广泛的数控系统生产商,其生产的SINUMERIK810D系列和840D系列数控系统是模块化的CNC控制系统,主要用于柔性制造系统。它加工应用技术上具有无以伦比的优势,性能稳定,操作简单,性价比高,在多种应用领域成为用户的首选。
  
   
  二、项目介绍
  
  近年来哈尔滨航空工业集团东安微发股份公司为了加大新型汽车发动机的生产能力,投入巨资购入大量国内外的数控机床。本文以4台德国CROSSH川er(惠乐一喜乐公司)产的卧式加工中心和3台沈阳产的立式加工中心为例,简要说明西门子数控系统的维修。其中德国卧式加工中心控制系统是采用德国西门子公司的SINUMERIK840D,驱动部分是SIMODRIVE611D,人机接口主机单元PCU50,操作面板OP012。国产立式加工中心采用SINUMERIK810D数控系统,驱动部分同样是SIMODRIVE611D,人机接口是MMC100.2,操作面板OP17。

  
  图1NCU以及611D
  
  三、维护说明
  
  随着我公司发动机产量的逐渐增大以及机床使用时间的增加,这7台加工中心出现各种问题,结合实际故障,把西门子数控系统和驱动模块等出现的问题按照软件、硬件、PLC/NC程序和电磁兼容等方面进行了阐述!
  
  1.硬件的维修
  
  数控系统的硬件主要由三部分组成:电源系统,控制系统,独立单元。
  
  (1)控制电源
  
  控制电源是数控系统硬件的重要组成部分,而电源部分故障在故障现象中占了一定的比例。
  
  在西门子的数控系统中直流电源居多,多作为控制用开关稳压电源。在驱动系统中的直流母线的电压为600V,它是经过伺服变压器和整流装置获得,正因为其电压高,损坏的几率也高。
  
  一台沈阳中捷加工中心OP17无显示,经过检查是24V电源模块损坏,输出电压远远不能满足要求,需更换新电源模块来解决。
  
  一台德国加工中心,在正常启动后报警显示驱动部分不准备,后发现是611D的电源模块短路,直流母线电压为0,检查后发现此时进线交流电源大于440V,击穿了电源模块内部器件所致。这时需更换电源模块,并在外部电源增加自动稳压器。
  
  (2)控制系统
  
  这里所指的控制系统是控制装置中信号产生、处理、,传输及执行过程所涉及到的单元和各单元的联系。可以根据系统手册分析电气原理,把一个复杂的系统分成各种各样的功能块,然后对每一个功能块的输入、输出信号进行分析,找出其间的联系。
  
  一台德国加工中心(840D系统),采用PCU50,带硬盘。出现启动不了的现象,OP黑屏。经过检查是硬盘损坏,从西门子订购的硬盘到后,安装完毕。因为版本不同,需要更新HMI文件,利用LAN网络(RJ45接口)把文件传到新硬盘中,重新启动后自动安装。正常后通过硬盘自带的GHOST程序备份到笔记本电脑中(可以备份到本地硬盘,也可以备份到其他计算机中,如果备份到其他计算机中的时候要注意硬盘的分区要多于本地硬盘的分区)。
  
  中捷加工中心的生产任务重,现场条件相对较差,在加工中心出现611D驱动模块打火现象并报警时,检查驱动模块没有问题,却发现伺服电动机烧毁。经分析需重新更换电动机来解决。因为是采用相对编码器,所以零点不用重新设置,开机后零点可以正常工作。

  
  图2810D的控制部分
  
  (3)独立单元
  
  独立单元是指能够以简单的适配关系与数控系统中其他部分结合在一起的部分,例如外接的PLC、光栅测量系统、纸带阅读机、脉冲编码器、转速传感器、操作面板等。
  
  中捷加工中心曾出现OP17上的启动按键无反应,检查PLC该点的状态也无反应,经过检查是按键损坏,把多余的按键更换过来后得以解决。

  
  图30P和MCP
  
  德国加工中心采用840D数控系统闭环控制,负责发动机部件的精密加工,在加工中出现位置偏差报警。因为是闭环控制,首先要判断故障是在编码器或光栅尺的哪一端。先屏蔽光栅尺,只采用编码器检测,报警消失,判断故障出现在光栅尺,仔细检查发现光栅尺有污迹,电缆有磨损,经过处理并更换电缆使故障得以解决。
  
  2.控制系统硬件故障检查与分析
  
  经过上面的说明,大家可以总结出硬件检查的一些方法。
  
  (1)常规检查
  
  1)外观检查在系统出现故障后,首先进行外观检查,查找明显的故障,并有针对性
  
  2)连接电缆和连线的检查针对故障部位,用辅助仪器检查。
  
  3)连接端和插接件的检查针对故障部位,检查与它们相关的接线端子和插接件,因为它们容易松动,发热和氧化。
  
  4)电源电压检查电源检查是非常重要的,因为数控系统正常工作,电源电压正常是最基本的保证。
  
  (2)面板显示和指示灯分析法
  
  面板(OP)显示提供的故障信息是很重要的,西门子数控系统的自诊断提供的报警信号和帮助信息非常丰富,要仔细地分析它们。而面板上的指示灯或是电路板上的LED指示灯则指明了故障的大致方向,提供给我们一些故障的信息,可以帮助找到故障的发生部位。
  
  中捷加工中心,面板显示的报警提示是冷却压力低,经检查是冷却水泵损坏,无法达到系统的额定压力,引起压力开关报警。可见,这些信息可以提醒维修人员快速定位和检查故障部位。
  
  (3)分析法
  
  这是一种查找故障、缩小故障范围的方法。在清楚整个系统的原理的情况下,把系统按功能分成几部分,根据故障的情况来判断是哪个部分发生了问题。810D/840D可分成MMC/PCU,PLC,CCU/NCU,MCP,驱动部分等,各部分有其不同的功能,可以根据报警提示和故障分析来判断故障发生的大致部位,从而缩短维修时间。
  
  3.软件的维修
  
  数控机床的运行过程是软件控制下的机床动作过程。如果机床出现停机的故障,应该先检查软件,因为这种停机多是由于软件引起的。
  
  西门子的软件种类丰富,功能强大,开放性好,深受广大用户的欢迎。这其中包括基于WINDOWS和DOS的软件,可用于不同的使用环境。比如WINCC是上位机监控程序,STEP7用于PLC程序编制,TOOLBOX用于安装调试,PCIN和WINPCIN用于传输,HMI软件等。
  
  (1)NC机床数据及PLC机床数据
  
  它们是机床数控系统适配于机床的各方面的数据,其含义广泛,可以根据手册上提供的说明了
  
  解其取值范围、标准值、使用值,并可以根据具体情况给予优化处理。
  
  西门子数据分类表
  
   
  中捷友谊厂生产的TH5940立式镗铣加工中心,在换刀的过程中,操作者误操作,按下RESET建,致使刀号混乱。这需要在DB块中重新输入刀号,以建立新的刀具表。这是因为在换刀没有完成时,按下RESET键使计数器复位,刀号计数错误造成的。

  
  图4TC部分
  
  (2)NC程序和PLC程序
  
  NC加工程序是描述加工过程和刀具的运动轨迹。而PLC程序是控制扫描各输入点的状态按用户逻辑计算控制逻辑,然后顺序向各输出点发出相应的控制信号。
  
  中捷加工中心在调试中曾出现以下故障:无法执行CYCLE85固定循环(镗孔加工循环),经过检查是GUD7和该循环都没有被装载,装载后问题得以解决;主轴定位角度发生变化,无法正常交换刀具,在换刀具程序L6中把主轴定位角度进行调整即可,即SPOS=XXX.XX此句,根据实际情况进行修改;Dl/0模块没有输出,并且对所有的输入信号PLC均无动作,因为是在标准PLC用户程序基础上根据实际情况进行的修改,怀疑MD14512[0l-[5]没有正确设置,在PLC状态窗口下观察,果然没有设置,进行相应的设置后问题得以解决。
  
  4.电磁兼容性
  
  一般的工业生产过程现场环境恶劣,会产生各种干扰和噪声。干扰和噪声是一个不容忽视的问题,尤其对一些精密设备(如数控设备)必须认真对待。干扰可能会影响数控系统内的程序和数据,导致不必要的报警和中断,严重时会使机床失控,造成重大事故。
  
  对于西门子系统来说,采用的是高电压、数字式的动态系统。数字地和模拟地的影响;电磁波干扰,包括系统附近用电设备(电火花、高频电源)的通断,过往车辆,电磁波等;供电电源波动、久电压、过电压的影响等,这些对其都有一定的影响。

  
  图5PLC部分
  
  所以在调试、维修数控机床时必须考虑以下几个方面,以避免干扰。
  
  1)抗干扰的良好电源系统。
  
  2)合理的接地方式。
  
  3)科学的配线。
  
  4)符合抗干扰要求的现场环境。
  
  5)高效的软件抗干扰措施。
  
  中捷加工中心的第3台最近总是受到干扰,产生一些错误动作和信息。经过仔细检查是地线磨损,另外电网有高次谐波窜入造成,重新接好地线,选用合适容量的稳压电源和隔离变压器后,现象消失!
  
  四、结束语
  
  综上所述,只是说明了维修西门子系统的一些经验。中国是制造业大国,随着数控机床越来越多的应用,相信西门子产品的灵活性和开放性,以及高的性价比使更多的用户把它作为数控系统的首选。

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