《數(shù)控機床故障分析與維修》課件第4章

第4章數(shù)控系統(tǒng)軟件故障與硬件故障的診斷與分析4.1干擾及其排除4.2數(shù)控系統(tǒng)軟件故障診斷與分析4.3數(shù)控系統(tǒng)硬件故障診斷與分析4.1干擾及其排除

4.1.1干擾類型、成因與傳遞方式干擾可以分成傳導(dǎo)性與輻射性兩類。圖4.1.1給出了數(shù)控機床中干擾的類型、成因與傳遞方式。

圖4.1.1數(shù)控機床中干擾的類型、成因與傳遞方式

通?？梢哉J(rèn)為：數(shù)控機床中存在著電網(wǎng)干擾、接地干擾與電磁干擾。

電網(wǎng)干擾與接地干擾是傳導(dǎo)性干擾——由電纜傳入的干擾。它們在導(dǎo)體中振動所產(chǎn)生的“噪聲”，則是一種彈性波，可以在空氣中傳播。(//因為這類干擾波的頻率處聲頻范疇，又因為是不期望的，故俗稱為“噪聲”信號。//)

電磁干擾同時具有傳導(dǎo)性與輻射性。這是因為電磁波可以在空間(不需要介質(zhì))或介質(zhì)中傳遞。

電磁干擾包括強電干擾與輻射干擾。

強電干擾的干擾源，是強電柜內(nèi)驅(qū)動電路中電磁鐵交流接觸器、交流繼電器等電磁器件的動作。

輻射干擾，包括了電磁干擾與由輻射造成的靜電干擾。在數(shù)控機床中主要是指：外圍環(huán)境中的干擾源——

高頻感性負(fù)載所產(chǎn)生脈沖型電磁波由空間竄入數(shù)控系統(tǒng)引起的干擾。

4.1.2干擾作用的內(nèi)、外成因干擾是不期望的輸入，它們導(dǎo)致數(shù)控系統(tǒng)的輸出不正常。

1)電網(wǎng)干擾會導(dǎo)致電源輸入的不正常。電源信號是數(shù)控機床中的正常輸入信號之一。所謂電源信號的正常輸入，就是指電源必須滿足機床技術(shù)要求的指標(biāo)。

總電源輸入的正常與否，對數(shù)控系統(tǒng)的影響是全局性的。無電網(wǎng)輸入，機床就不能啟動。電網(wǎng)電壓(幅值、相位與頻率)的不穩(wěn)定(外因)，或者電網(wǎng)波動在額定范圍而數(shù)控機床電源系統(tǒng)本身抗干擾能力差(內(nèi)因)，會造成機床跳閘、CRT不正常(顯示消失或顯示混亂)、過流/過壓/欠壓/伺服沒有準(zhǔn)備好等報警，還會造成變壓器輸出與直流穩(wěn)壓電源輸出不正常、接口電路與控制電器動作不正常(誤動作或不動作)、電機運轉(zhuǎn)不正常，從而導(dǎo)致程序中斷、突然停機、失控超差，以及加工誤差大等等故障現(xiàn)象。

2)對數(shù)控系統(tǒng)軟件與數(shù)字信號的干擾。在電網(wǎng)干擾、電磁干擾下或者突然停電的外因作用下，會造成RAM存儲錯誤或參數(shù)被修改而導(dǎo)致的參數(shù)混亂，而出現(xiàn)機床不動作、誤動作(失控)、多種報警而停機，或者無報警停機現(xiàn)象。信號電纜的屏蔽與接地不良(內(nèi)因)，強電電磁脈沖竄入(外因)，干擾反饋的數(shù)字信號，會導(dǎo)致各種超差與失控故障現(xiàn)象。

系統(tǒng)屏蔽與接地不良(內(nèi)因)，不僅不能抗干擾，而且會造成接地噪聲與接地回路，導(dǎo)致機床噪聲與性能不穩(wěn)定等故障現(xiàn)象。

3)對數(shù)控系統(tǒng)硬件與電器的干擾。因為數(shù)控機床有特殊的電子電氣控制系統(tǒng)(CNC系統(tǒng))，并具有復(fù)雜、多功能的多I/O接口。接口電路設(shè)計不妥或接地不良、電纜屏蔽與接地不良(內(nèi)因)，電磁干擾(外因)的瞬間尖脈沖，可以通過傳導(dǎo)方式或輻射方式進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)：→瞬間過大的反向感應(yīng)電勢進(jìn)入開關(guān)電路，可導(dǎo)致燒毀穩(wěn)壓管、整流管或晶閘管?！查g尖脈沖進(jìn)入控制回路，可導(dǎo)致控制電器誤動作，出現(xiàn)失控、超程、過流甚至停機等故障現(xiàn)象。

4)輻射干擾與振動源的干擾作用。如果數(shù)控機床安裝位置(內(nèi)因)周圍有熱輻射源存在，例如太陽光的直射(外因)(太陽光不僅是一種電磁輻射，還是一種熱輻射。)會造成數(shù)控系統(tǒng)的溫升，導(dǎo)致數(shù)控系統(tǒng)中電子元器件的老化或異常動作，導(dǎo)致失控現(xiàn)象。另外，機床附近存在振動源時，尤其是沖擊性振動源(外因)時，機床又缺少防震措施(內(nèi)因)的情況下，會造成機床共振或振動而導(dǎo)致各種性能不穩(wěn)定的故障現(xiàn)象，諸如加工表面質(zhì)量問題、超程等故障。由上述可見，存在的干擾外因，必須通過內(nèi)因才對數(shù)控機床起作用?；蛘哒f，干擾要對數(shù)控機床起作用，是由內(nèi)因與外因共同所決定的。

調(diào)查與排除外干擾源與內(nèi)部抗干擾措施具有不可靠性

在出現(xiàn)故障后，應(yīng)該注意干擾外因的調(diào)查——工作地環(huán)境、電源條件的檢查是很重要的。而干擾之所以可以導(dǎo)致故障，還與數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部防治措施的實施及其可靠性有關(guān)。調(diào)查清內(nèi)因與外因后，才能作出合理的排除干擾措施，根除真正的故障成因。

抗干擾措施也涉及內(nèi)、外兩方面：消除外干擾源與內(nèi)部抗干擾措施。必須盡可能避免與減小外干擾源(環(huán)境中的輻射干擾與電網(wǎng)輸入中的傳導(dǎo)性干擾)。然而，內(nèi)干擾源的強電柜中的電磁器件動作是不可避免的。鐵箱屏蔽并不能消除對箱內(nèi)電纜與器件的強電干擾。有效的抗強電干擾的措施是特殊的接口電路(后面將講述)。電纜屏蔽層可靠接地、器件外殼的可靠接地，又是抗電磁干擾的基本措施。另外，當(dāng)存在一些不可避免的電網(wǎng)干擾時，還取決于電源系統(tǒng)的抗干擾組件性能的可靠性。

4.1.3電源故障與電網(wǎng)干擾

1.CNC供電系統(tǒng)的主要組成從外供電線電網(wǎng)，不是直接與數(shù)控系統(tǒng)連接的。一般數(shù)控的供電系統(tǒng)主要由低通濾波器、隔離變壓器與直流穩(wěn)壓電源等組成(參見圖3.2.1)。其中隔離變壓器又根據(jù)電壓、功率與作用需要的不同，又可以分成幾個，例如伺服電源變壓器、控制變壓器與繼電器與接觸器線圈用的配電變壓器等。對于加工中心，往往還配有交流穩(wěn)壓器。更高級的加工中心，還配有分布參數(shù)低通濾波器，如圖4.1.2所示。數(shù)控系統(tǒng)供電系統(tǒng)中采用的這些電器，具有不同的抗干擾作用。

圖4.1.2CNC供電系統(tǒng)的組成

2.數(shù)控供電系統(tǒng)的抗干擾措施電源進(jìn)線：應(yīng)該避免與其它大功率、頻繁啟動的設(shè)備(例行車等)共用一條干線。(因為在有大功率耗電設(shè)備的電網(wǎng)中經(jīng)常存在跳變持續(xù)時間很短(＜1ms，即上千赫茲)、幅值很大(上千伏)的尖峰電壓。可以檢測到在供電的50周正弦波上疊加著有害的1000V以上的尖峰電壓。

·

交流穩(wěn)壓器：它可消除過壓、欠壓造成的影響，減小電網(wǎng)波動。(供電電壓跳變的持續(xù)時間＞1?s時，常稱為過壓和欠壓噪聲。供電電網(wǎng)內(nèi)阻過大或網(wǎng)內(nèi)用電器過多會造成欠壓噪聲。)電網(wǎng)的頻繁與大幅度波動引發(fā)系統(tǒng)(CNC/PLC)故障比例很大。有的機床在CNC系統(tǒng)輸入電源前采用電子穩(wěn)壓器或電源調(diào)節(jié)器來穩(wěn)定交流進(jìn)線電壓。

·

低通濾波器：用來濾去電源進(jìn)線中50Hz市電基波中的高頻分量或脈沖電流。(但是，當(dāng)干擾脈沖幅度很大時濾波器內(nèi)部電感元件往往會出現(xiàn)磁飽和，會導(dǎo)致濾波器功能喪失，強干擾信號便乘虛而入。)

需要指出：國產(chǎn)的隆宇牌專利產(chǎn)品——無電感交流凈化器，不會出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象。它不僅可濾去電源電網(wǎng)進(jìn)線中的各種高頻分量或脈沖成分，還可濾去強電饋入電網(wǎng)的各種干擾波，從而具有雙向凈化功能。并且又將雜頻干擾波整合成50Hz有用電波饋入電網(wǎng)，還可提高電源功率因素，從而達(dá)到節(jié)能效果。它必將取代傳統(tǒng)的濾波而在電源系統(tǒng)方面得到廣泛的應(yīng)用。

·分布參數(shù)低通濾波器：利用幾十米雙扭導(dǎo)線間分布電感與分布電容來很好地濾去干擾脈沖，保證后面的低通濾波器始終工作在非磁飽和狀態(tài)。

·

隔離變壓器：用來阻斷干擾信號的傳遞通路，并抑制干擾信號的強度。(供電電壓跳變的持續(xù)時間1s＞dt＞1ms者，被稱為浪涌噪聲或尖峰噪聲。它們主要來自于大功率電機那樣的感應(yīng)性電器電源通斷動作時所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。由于浪涌噪聲和尖峰噪聲主要成分是高頻分量，它們是通過線圈間寄生電容耦合而不是通過變壓器級圈間的互感耦合的。因此，隔離穩(wěn)壓器初次級間用屏蔽層隔離，減少了級間耦合電容，從而減少高頻噪聲的竄入。)(顯然：自耦變壓器沒有采取原副線圈間的隔離就不能隔離來自電網(wǎng)的干擾，因此，數(shù)控機床電源系統(tǒng)中不使用自耦變壓器！)

·直流穩(wěn)壓電源：將220VAC交流電轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的5VDC、12VDC或24VDC，為CNC系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電。

抗電網(wǎng)干擾的主要措施：濾波、隔離與穩(wěn)壓。由上可見，數(shù)控機床電源系統(tǒng)抗電網(wǎng)干擾的內(nèi)部措施，主要體現(xiàn)在三個環(huán)節(jié)上：低通濾波、隔離變壓與穩(wěn)壓(無論是交流還是直流穩(wěn)壓)，以保障電源的電壓幅值、相位與頻率的穩(wěn)定，避免了電源信號的相移、諧波失真、共模或常模噪聲。抗電網(wǎng)干擾的外部措施是排除電網(wǎng)干擾源，諸如：遠(yuǎn)離中高頻變頻設(shè)備(感應(yīng)爐/電焊機等)，避免與其它大功率、頻繁啟動設(shè)備共用電源干線等。

為了防止突然停電給數(shù)控系統(tǒng)帶來的電網(wǎng)感應(yīng)沖擊脈沖，以及失電引發(fā)充電電路失電造成RAM存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)與參數(shù)丟失或混亂現(xiàn)象，在可靠性要求很高的數(shù)控機床上，可采用一種不停電電源，以解決瞬時電壓降所造成的危害。為了防止在系統(tǒng)因故障突然停止工作時，外負(fù)載產(chǎn)生瞬間反電動勢脈沖竄入系統(tǒng)(即“負(fù)載效應(yīng)”)造成危害，不少CNC/PLC系統(tǒng)的交流電源起停電路還采用了“RUN回路”。實際上是一種繼電器回路。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，該回路自動斷電，使外負(fù)載失電而自動卸載。

3.與電源故障相關(guān)的故障現(xiàn)象當(dāng)出現(xiàn)故障時，往往需要在現(xiàn)場調(diào)查中首先進(jìn)行電源檢查。但是，該不該檢查電源，不能死背教條，需要先理清頭緒：何時需先查電源？查電源需要什么技術(shù)準(zhǔn)備？電源系統(tǒng)一般檢查哪些內(nèi)容？常用什么方法來檢查電源系統(tǒng)？參考4.1.2節(jié)，可知數(shù)控機床中與電源系統(tǒng)故障可能相關(guān)的故障現(xiàn)象，一般需要先查電源。這些故障現(xiàn)象可以歸納如下：

·

當(dāng)系統(tǒng)或某一獨立單元不能啟動或不能動作時。

無顯示、不能啟動與不能動作都為無輸出現(xiàn)象。根據(jù)獨立單元分析法：輸出不正常或無輸出，先查輸入。作為設(shè)備兩種輸入信號之一的電源信號，又是一種源信號，必須先檢查。設(shè)備上不同單元需要不同的電源。所以，需要檢查相關(guān)的不同電源。究竟先查哪部分電源，要根據(jù)故障現(xiàn)象分析后故障大定位來決定。即先檢查故障大定位那部分(看作一個獨立單元)的電源供給系統(tǒng)。例如，當(dāng)機床不能動作時先查總電源回路輸入；當(dāng)伺服不能動時，查伺服變壓器的輸出是否正常；當(dāng)數(shù)控裝置系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，首先檢查它的直流電源＋5V輸入是否正常。

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當(dāng)出現(xiàn)與CNC系統(tǒng)控制有關(guān)的故障時。由圖4.1.1可以看到，CNC系統(tǒng)中的控制器即需要穩(wěn)定的電源供給，又容易受各種干擾。干擾之一就是電網(wǎng)干擾。電網(wǎng)干擾可以導(dǎo)致控制器輸出不正常。相關(guān)的故障現(xiàn)象有：機床不動作、誤動作、失控(伺服電機暴走、超程與各種超差、伺服停止時的軸振動)、程序中斷、突然停機(多種報警或者無報警停機、過流/過壓/欠壓/伺服沒有準(zhǔn)備好等報警)，以及加工誤差大等等。

4.兩種配電方式查電源，需要作好必要的技術(shù)準(zhǔn)備。(在3.2節(jié)第3小點中曾介紹了讀懂電氣圖的重要性。)應(yīng)該先從電氣連接圖上，了解：

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電源系統(tǒng)組成、電器型號與分布、電器連接的輸入與輸出要求。

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電源分配方案。

(1)

多個系統(tǒng)共用型供電系統(tǒng)——多個系統(tǒng)共有空氣開關(guān)、隔離變壓器、接觸器、繼電器或穩(wěn)壓電源的電源回路。一旦供電系統(tǒng)有故障，各系統(tǒng)將同時癱瘓。例如，多個伺服軸系共有空氣斷路器、伺服變壓器；接口電路、CRT與數(shù)控裝置等由一個直流穩(wěn)壓電源供電；繼電器線圈共享一個供電回路(參見圖3.2.1)。共用型電源回路一旦出現(xiàn)故障，共享電源的各系統(tǒng)必然同時癱瘓。那么，若其中的一個系統(tǒng)出現(xiàn)故障，而共享電源的其它系統(tǒng)沒有相同故障時，就不必檢查它們共用的電源回路。

(2)分立式的供電系統(tǒng)——高級的電路設(shè)計中，對各種不同功能的電路(如前置、放大、A/D等電路)單獨設(shè)置供電系統(tǒng)電源。這樣做，可以基本消除共享電源引發(fā)的各電路間相互耦合所造成的干擾。例如，一板一個穩(wěn)壓電源，或者，各軸單獨有自己的供電系統(tǒng)。那么，一旦某軸出現(xiàn)故障時，可以用交換法，以相同的另一個電源系統(tǒng)代替，來發(fā)現(xiàn)是否是故障軸系的供電系統(tǒng)問題?；蛘?，直接先檢查故障軸對應(yīng)的供電系統(tǒng)。但是，這樣做法的缺點是各板溫升會較高，如果散熱不當(dāng)，溫高易導(dǎo)致電子元件失效。

5.三種電源不同數(shù)控供電系統(tǒng)，具體的組件及其技術(shù)指標(biāo)要求不盡相同，必須先查技術(shù)資料予以了解。數(shù)控系統(tǒng)組成的不同單元要求不同的電源供給，包括了不同的交流電源、直流電源或電池等。交流電源——是控制系統(tǒng)電能的主要供給者，也是饋電給直流電源的供應(yīng)源。從空氣開關(guān)(包括保險絲、過流與過壓保護裝置)直到調(diào)節(jié)控制器或直接到驅(qū)動對象(類似圖4.1.2，并參考圖3.2.1中伺服供電系統(tǒng))。

直流電源——一般是由交流變壓后經(jīng)直流穩(wěn)壓而輸出多種而穩(wěn)定的直流電壓。供直流電給CNC裝置、PLC裝置、CRT、面板開關(guān)與各種接口電路，以及各直流繼電器的需要。大多數(shù)直流穩(wěn)壓電源是開關(guān)電源。電池電源——是控制系統(tǒng)斷電期間RAM存儲器的電能來源。不同電源，接口檢查方法也有所不同。

6.交流電源的檢查一般包括檢查電源進(jìn)線、相序與保險絲是否滿足要求，交流入線是否與外殼連通，以及檢查電源系統(tǒng)輸出是否正?！妷旱姆档牟▌优c畸變、頻率的穩(wěn)定性是否滿足機床使用要求(參見1.1節(jié)數(shù)控機床的使用條件中所列出的一般數(shù)控機床的電源要求與環(huán)境要求)。

·

電源連接的檢查：對于新機床或維修后的機床，必須注意檢查直流電源與接口電路的阻抗匹配問題。

交流電源的相序檢查：用相序表檢查機床各部位交流電源輸入的相序是否與各標(biāo)定的相序絕對一致。并根據(jù)情況來決定，是否需要檢查各級的電源電纜的連接完好性，邏輯地必須與直流地及外殼接通，等等。

·

保險絲檢查：在機床不能啟動或突然失電停止情況下，斷開電源開關(guān)，拔下熔斷器進(jìn)行檢查。還需要檢查熔斷后熔斷器的狀況，以幫助確定熔斷的原因：保險管不黑——慢慢熔斷現(xiàn)象。與搭絲性短路、器件局部性性能漸趨不良導(dǎo)致的局部性擊穿或短路有關(guān)。保險管發(fā)黑并有亮斑——大電流瞬間通過的急速熔斷。表明存在嚴(yán)重短路。對于不同獨立部位不同的交流電源供給，保險絲發(fā)黑對應(yīng)的成因雖然有所不同，但是共同性是：有瞬間大電流通過——過流。

保險管發(fā)黑性熔斷的可能成因

·

接線或操作錯誤。

·

相間短路。

·

擊穿性短路(大功率管、高壓濾波電容或整流管)。

·

過載——位控器電位器失調(diào)、接口電路或數(shù)據(jù)傳導(dǎo)性等電氣阻抗過大；因切削量過大、?連續(xù)重切削、碰撞、摩擦過大與卡死等造成的機械負(fù)荷過大。

·

參數(shù)失匹——例加減速頻率過高、增益過高、速度過大、延時過長等。

·

各種高頻自激振動，等等。

例4.1.1

某數(shù)控機床加工過程中，出現(xiàn)突然停機?，F(xiàn)場調(diào)查了解到：加工中突然停機發(fā)生在Y軸運行過程。打開強電柜檢查Ｙ軸電機主電路保險管燒壞，保險絲管發(fā)黑，表明有嚴(yán)重短路。考慮到故障現(xiàn)象與Y軸移動有關(guān)，先一般后特殊，仔細(xì)檢查Ｙ軸移動電纜。原來是Ｙ軸電機動力線外皮已被硬物劃傷。在加工中移動時，損傷處裸露的電源線碰到機床外殼上，造成短路。更換Ｙ軸電機動力線后，故障消除，機床恢復(fù)正?！@里應(yīng)用了：觀察檢查法。

·交流電壓輸出的穩(wěn)定性與紋波的檢查：可用示波器檢查。電源輸出不正常，紋波(噪聲電壓)過大時，會引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。此時，需要采用信號追蹤法與測量比較法來檢查抗干擾措施的濾波、隔離與穩(wěn)壓三個主要組件環(huán)節(jié)中的器件是否正常地履行了它們的功能。一般成因是穩(wěn)壓器損壞或濾波電容不良。

·

電源保護裝置動作后的檢查：交流電源系統(tǒng)中的空氣開關(guān)、保險絲(熔斷器)、接觸器/繼電器與欠壓、過流、過熱等一些保護裝置。一旦電源系統(tǒng)存在相關(guān)的故障時，對應(yīng)的保護裝置就會動作或同時發(fā)出報警。需要檢查它們動作的真正原因。

在供電系統(tǒng)中，易出故障的就是這些功耗大、發(fā)熱多的主要組件。所以，如果跳閘，或保險絲熔斷出現(xiàn)停機故障時，不能只換保險絲、合了閘就認(rèn)為解決了故障，而必須仔細(xì)尋找真正短路、過流與過載的原因，進(jìn)行排除。檢查時：

掉閘、保險絲熔斷后，必須追查真正的故障成因

·應(yīng)該注意故障發(fā)生時電源瞬間變化。

·

檢查電源系統(tǒng)內(nèi)部組件的輸出與輸入及其連接。

·還要檢查由電源系統(tǒng)供電的“負(fù)載”單元的電壓與電阻，或者機械阻力，也就是注意負(fù)載效應(yīng)。

7.電池電源的故障與測試

機床的突然停電或RAM存儲器的電池及其充電回路故障，造成輸出不正?；驘o輸出，將會導(dǎo)致RAM內(nèi)存儲的程序或參數(shù)丟失或混亂，對應(yīng)的故障現(xiàn)象有：機床不動作、誤動作、失控、多種報警停機或不報警停機等。一般可用萬用表相應(yīng)的直流電壓擋來測量電池的輸出。當(dāng)輸出電壓不正?；驘o輸出時，對于不同情況，有不同的成因：

·

有過突然停電或機床長期不通電的情況，成因是電池充電回路失電。

·

對應(yīng)閑置很久的機床，就需要用萬用表追蹤測量方法來檢查?？赡艹梢颍弘姵爻潆娀芈分写嬖谘趸P蝕造成的接觸不良、充電回路的輸入不正常。

老機床就需要考慮電池壽命已到，需要更換。注意：電池更換一般必須在系統(tǒng)通電的情況下進(jìn)行。應(yīng)避免電池安裝時的接觸不良。

例4.1.2

一臺FANUC10TE-F系統(tǒng)的AX15Z數(shù)控車床，系統(tǒng)上電后CRT上顯示故障信息：

FS10TE

1399Ｂ

ROMTEST：END

RAMTEST：

這是系統(tǒng)啟動自診斷未通過而發(fā)出的軟件報警。

CRT的顯示表明ROM測試已通過，而RAM測試未能通過。

可能成因：RAM故障、RAM電池或充電回路不良故障，或是RAM中參數(shù)丟失?，F(xiàn)場調(diào)查了解到：剛更換過電池。直接就檢查電池的安裝。發(fā)現(xiàn)：故障是電池接觸不良導(dǎo)致RAM中參數(shù)的丟失。重新裝好電池，并重新輸入數(shù)據(jù)與參數(shù)，故障排除——充分利用了啟動自診斷。

例4.1.3

一臺SINUMERIKSYSTEM3系統(tǒng)的數(shù)控機床，NC系統(tǒng)上電后，CRT不顯示?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)NC系統(tǒng)“COUPLINGMODULE”板上左邊的發(fā)光二極管閃亮，指示存在故障。修前技術(shù)準(zhǔn)備查閱技術(shù)手冊，發(fā)光二極管不同閃動頻率代表不同的故障信息。測試得發(fā)光二極管的閃動頻率對應(yīng)的報警指示內(nèi)容為電池故障。更換電池后故障消除?！浞掷米栽\斷的硬件報警。

8.直流穩(wěn)壓電源的常見故障的診斷與處理當(dāng)CRT不顯示或顯示不穩(wěn)，出現(xiàn)數(shù)控裝置無輸出或輸出不正常問題時(例如控制性問題或輸出接口問題時)，往往需要檢查直流穩(wěn)壓電源。數(shù)控系統(tǒng)中的直流穩(wěn)壓電源大多為開關(guān)電源，故障率也較高。

開關(guān)電源的系統(tǒng)框圖，類似于圖3.8.2。只需將圖中變壓器改為逆變器(逆變器內(nèi)含有了變壓器)即可。

開關(guān)電源的故障現(xiàn)象，實際上也可分成兩類：無輸出與輸出不正常。

表4.1.1開關(guān)電源中常見故障現(xiàn)象及其成因

續(xù)表

判定直流穩(wěn)壓電源是否存在故障，可采用獨立單元分析法，常用萬用表、示波器。在通電的情況下，可測量其各輸出點電壓是否正?！獪y量比較法。若無輸出：先查其有無交流電源輸入。若輸出不正常：對于老機床或調(diào)試階段的機床，在斷電情況下，先測量輸出端直流電阻是否在規(guī)定值(例如＋5V與0V點間的直流電阻應(yīng)該為40

)左右。

若輸出電阻不正常：是電位器漂移所致，可以進(jìn)行調(diào)整修復(fù)。若輸出電阻正常：查直流電源的輸入——交流電壓及其波形。即交流電源電壓波動是否在規(guī)定的范圍內(nèi)(一般在－15％～＋10％范圍內(nèi))。對于正常使用期的機床，可以先查交流輸入是否正常。若無交流輸入或交流輸入不正常，則需用信號追蹤法等向前查交流電源系統(tǒng)。若交流電源輸入正常，則可判定為：直流電源本身故障。

前面例3.8.2CNC系統(tǒng)偶爾無法啟動案例，故障是由于直流電源模塊輸出電位器狀態(tài)不當(dāng)所致。在機床調(diào)試階段一般易出現(xiàn)調(diào)節(jié)不當(dāng)情況，而老機床或閑置很久的機床中的電位器易出現(xiàn)漂移現(xiàn)象而改變了原來的設(shè)置狀態(tài)。由上述可見，開關(guān)電源故障診斷中，經(jīng)常采用觀察檢查法、測量比較法、接口信號狀態(tài)分析法、信號追蹤法與替代法。

例4.1.4

一臺SINUMERIK810系統(tǒng)的數(shù)控車床，在自動加工過程中，系統(tǒng)有時出現(xiàn)突然掉電現(xiàn)象。據(jù)理析象機床掉電是電源保護裝置動作的結(jié)果，一般與電源的過流/過壓/欠壓有關(guān)；裝置系統(tǒng)掉電，與CNC裝置的電源——直流穩(wěn)壓電源有關(guān)?！坝袝r”——偶然性故障一般與干擾有關(guān)。這里主要為電網(wǎng)波動干擾。

故障大定位：直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)(包括其交流輸入與負(fù)載回路。)

獨立單元分析法與測量比較法掉電后立即測定直流電源24V輸出端電壓。僅有22V左右。輸出不正常先查輸入是否正常：測直流穩(wěn)壓電源，得輸入電網(wǎng)電壓瞬間有向下波動，但是仍在允許的波動范圍內(nèi)。輸入正常而輸出不正常，判定是直流電源本身穩(wěn)壓容量不足故障。表明：電網(wǎng)在允許的范圍內(nèi)的向下波動，是引發(fā)直流電源輸出電壓的降低，導(dǎo)致NC系統(tǒng)采取保護性斷電的外因，而直流穩(wěn)壓電源存在穩(wěn)壓容量不足是故障的內(nèi)因。

信號追蹤法

畫出開關(guān)電源的系統(tǒng)框圖(如圖3.8.2所示)。從交流輸入開始向后逐級測量電壓、停電測定各級輸入與輸出電阻。測定中發(fā)現(xiàn)：變壓器原邊電阻過小。

故障定位：變壓器匝間短路，造成容量不夠，輸出欠壓。排除故障

更換新的整流變壓器后，故障排除。

例4.1.5

另一臺SINUMIK810系統(tǒng)的數(shù)控車床，系統(tǒng)上電CRT在進(jìn)入基本畫面時，出現(xiàn)CNC裝置系統(tǒng)掉電。修前技術(shù)準(zhǔn)備裝置系統(tǒng)掉電，是與CNC裝置的電源——直流穩(wěn)壓電源有關(guān)。查閱CNC裝置系統(tǒng)的供電系統(tǒng)——直流穩(wěn)壓電源的輸入與輸出連接關(guān)系圖。系統(tǒng)采用了共用型供電系統(tǒng)，即直流穩(wěn)壓電源24V電壓分別供電給CNC裝置、PLC接口電路、直流繼電器與各軸抱閘線圈等?，F(xiàn)場調(diào)查

直流穩(wěn)壓電源保險絲未斷。表明其交流輸入正常。

據(jù)理析象系統(tǒng)掉電發(fā)生在啟動自診斷完畢之時。系統(tǒng)能自檢與CRT正常顯示，表明：CNC裝置、直流電源正常。因此，排除了它們故障的可能性。

故障大定位：直流電源負(fù)載故障。由故障發(fā)生時CRT正出現(xiàn)基本畫面，故分析系統(tǒng)啟動自診斷流程：

CNC檢測接收到“伺服條件準(zhǔn)備好”信號?！欧S抱閘通電釋放?！鶦RT顯示基本畫面。

確定步驟懷疑故障點：某伺服軸抱閘線圈短路。故障點測試萬用表檢查發(fā)現(xiàn)X軸抱閘線圈對地短路。它使24V電壓瞬間下降，NC系統(tǒng)采取保護措施自動斷電。排除故障

換件，故障排除。

9.電源檢查中的安全注意事項

在診斷中切記安全與不擴大故障一般來講，必須在機床斷電(PowerOff)的情況下，方可檢查保險絲、繼電器或電流斷路器(aircircuitbreaker)(空氣斷路器)。不得已而必須在機床通電情況下，用試電筆、萬用表以及示波器表筆，對電源輸入與輸出口、強電開關(guān)器件與強電接口電路的端口、強電接線與接線端等可疑點進(jìn)行檢查時，一定要注意人體與地、與機床間的絕緣。防止測試中測試表筆、油污、灰塵或水液等造成極間短路、拉弧打火等現(xiàn)象，以免擴大故障。

電源檢查中的測試，也分成靜態(tài)測試與動態(tài)測試兩種。測試中都必須注意安全。靜態(tài)測試——在斷電情況下，測量電源的靜態(tài)電阻與靜態(tài)電壓。靜態(tài)電阻測量——在有明顯短路或斷路的故障時進(jìn)行。用萬用表測量電源對地正反向電阻，當(dāng)電路板上的電源線對地的正反向電阻過小或短路時，表明：板子上可能有芯片、電容、晶體管等分立元件被擊穿；或印刷板上細(xì)密線路氧化裂絲、過熱變形造成短路。

測量時注意：應(yīng)避免使用指針式萬用表的高阻擋，以免較高電壓導(dǎo)致低壓集成電路的損壞(見“注意”)。靜態(tài)電壓測量——針對尚未短路或斷路、但與正常電阻值偏差較大的測量點，單獨接上相應(yīng)的工作電源——分級通電法檢查疑點的靜態(tài)工作點或邏輯功能。必需在維修手冊的指導(dǎo)下進(jìn)行。切忌盲目動作。

動態(tài)測試——交流輸入的情況下，測試電源系統(tǒng)的各級電流與電壓變化情況。

(1)在電源輸入端接一個1:1的隔離變壓器，以防止觸電。

(2)可對被測對象采用如圖4.1.3的接線圖，以避免引發(fā)新的故障或?qū)е聯(lián)p壞好的元件。在升壓過程觀察電流與電壓變化，一旦有過流或過壓現(xiàn)象，即可斷電。

圖4.1.3開關(guān)電源維修時的接線圖

注意由于一般企業(yè)中維修人員的工作，是維護設(shè)備正常運行。對于電氣故障中的硬件故障，維修人員的現(xiàn)場任務(wù)是：故障定位到板子(印刷線路板或稱模板)以及較大的獨立單元(主控板、PLC、接口電路板、開關(guān)電源、直流電源、逆變器、驅(qū)動單元、電機、繼電器、電磁接觸器等)并進(jìn)行故障排除。除了對可見性、易修復(fù)的電器故障才在現(xiàn)場作修復(fù)外，現(xiàn)場診斷工作不涉及對印刷線路板及其集成電路的診斷與維修，更不許擅自測試數(shù)字電路或修改機床參數(shù)。

4.1.4屏蔽與接地一般來講，電源檢查往往與接地檢查同時進(jìn)行。因為存在電磁干擾(環(huán)境中的感性負(fù)載的輻射性干擾)(外因)導(dǎo)致的故障，往往還與系統(tǒng)屏蔽與接地不可靠(內(nèi)因)相關(guān)。不同數(shù)控機床可能有不同的接地要求。(詳見3.2節(jié)的第4小點“接地與屏蔽檢查”)。

屏蔽，是抵御與防止電磁干擾(輻射方式)的有效方法。一般采用金屬盒或金屬網(wǎng)與帶屏蔽層的電纜，屏蔽層必須接大地。對應(yīng)所屏蔽對象的不同，屏蔽可以分成三類：·電場屏蔽

目的是解決分布電容問題。一般屏蔽方法：屏蔽層接大地。

·

電磁場屏蔽主要目的是避免雷達(dá)、短波電臺的高頻電磁場輻射干擾。屏蔽方法：對不同頻段采用不同的金屬網(wǎng)作為屏蔽層，且屏蔽層必須接大地。

·磁路屏蔽

目的是防止磁鐵、電機、變壓器、線圈等磁感應(yīng)、磁耦合。屏蔽方法：用高導(dǎo)磁材料使磁路閉合并且接大地。

在抗電網(wǎng)干擾中的各個主要組件，都必須可靠接地。目的：一是安全，二是泄漏掉高頻電磁干擾波。屏蔽層可靠地接地，才能泄去這些干擾波。不可靠的接地，不但不能抗治干擾波，相反還會產(chǎn)生接地噪聲。與干擾波并合，會在電路中傳播，造成新的危害。實踐證明：可靠接地是抑制干擾的主要方法，可解決大部分干擾問題。我國采用的接地保護方式是TT接地系統(tǒng)：

PE——表示保護(導(dǎo)體)接地，一般與機殼、裸露導(dǎo)體連接后直接接入大地。

N——表示中性線。一般與PE分開，單獨接地。

1.接地分類一般設(shè)備中的接地種類分成：保護接地與工作接地。保護接地——主要為保證工作人員安全，避免因設(shè)備的絕緣損壞或下降時遭受觸電危險和保證設(shè)備的安全。要求：

·

大于50?VAC的裸露帶電體與保護接地端子間的絕緣電阻大于50M

???(兆歐)。

·

任一電源線對保護接地端子間的泄漏電流小于3.5mA。

工作接地——主要為保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運行，防止環(huán)路引起的干擾。一般要求

·

接地電阻小于1Ω。

·

最好是無噪聲接地(即通電時系統(tǒng)外殼對地交流電壓——接地電壓為零)。

//例如：MNC863T機床要求接地電阻小于0.4Ω，接地導(dǎo)線截面大于等于6mm2。//例4.1.6

JWK15T系統(tǒng)的經(jīng)濟型數(shù)控車床出現(xiàn)Z軸不動故障?，F(xiàn)場調(diào)查檢查發(fā)現(xiàn)：該伺服驅(qū)動單元中功率放大板保險絲燒毀，保險管發(fā)黑有金屬亮點。表明：驅(qū)動回路中嚴(yán)重?fù)舸┗蚨搪番F(xiàn)象。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)：四個功放管都已擊穿。表明：曾發(fā)生嚴(yán)重的大電流。操作者又反映：近一月來，觸摸系統(tǒng)外殼時有觸電感覺。羅列成因

機械超負(fù)荷導(dǎo)致步進(jìn)電機過電流；電機絕緣損壞；功放板電路或其供電系統(tǒng)短路故障。

現(xiàn)場診斷先機后電，以手盤移動Z軸無不均勻與異常阻力或噪聲，排除了機械故障。以萬用表與搖表檢查Z軸步進(jìn)電機繞組及絕緣情況良好。

故障定位：功放板及其電源輸入。故障點測試與故障現(xiàn)象有關(guān)的電源檢查內(nèi)容是：接地檢查。包括了：接地電壓與接地電阻兩項檢查內(nèi)容。根據(jù)一般要求接地電壓為零。但測得接地電壓達(dá)150V。

現(xiàn)場接地電阻的測量

(當(dāng)現(xiàn)場沒有專用儀表時，可以采用伏安法或歐姆表法來估測接地電阻RA，如圖4.1.4所示。)斷電，用500V兆歐表測量機殼對地電阻約為0.5M

——系統(tǒng)的接地電阻過大，造成系統(tǒng)失去抗干擾能力。無法抗治電網(wǎng)中因機床啟停、往返動作而產(chǎn)生的瞬間高反向感應(yīng)電勢竄入功率放大電路。超越了功放管的反向擊穿電壓，導(dǎo)致功放管的擊穿。排除故障清理接地點，可靠接地，符合要求。再按要求規(guī)格更換了功放管與保險絲。故障排除。圖4.1.4接地電阻的測量

2.接地干擾(工作接地干擾)

(1)接地噪聲干擾過大的接地電阻與接地電位差(接地電壓)，以及它們的變化，會造成接地噪聲。接地噪聲進(jìn)入系統(tǒng)將產(chǎn)生干擾。尤以接地電壓變化是產(chǎn)生干擾的最大原因之一。過大的接地電阻來自于：接地“點”選擇不當(dāng)、接地接觸不良；虛焊等原因。不穩(wěn)定的接地點接觸與不穩(wěn)定的接地點環(huán)境，又是接地電位變化的原因。

過大的接地電阻，是無法抑制的干擾，不僅是可能造成失控等現(xiàn)象的軟件故障，還會產(chǎn)生損壞性的硬件故障。

所謂接地電壓，是指接地點產(chǎn)生的附加電壓——接地噪聲電壓。因為接地點往往是兩種不同金屬的接觸點，由于不同金屬的接觸電位差而產(chǎn)生接觸電動勢，在接地點形成了一個噪聲電源。再由于潮濕或污染環(huán)境中接地點發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成的腐蝕物會增加接地電阻。于是，噪聲電源作用于接地電阻而形成接地噪聲電壓。接地電阻愈大，噪聲電壓愈大，干擾就愈大。無論是接地電阻還是接地點的接觸電動勢隨時間變化，噪聲電壓都將隨時間變化(通常又稱：接地點電位變化)。從而這樣的接地點成為了一個動態(tài)干擾源。(注意：接地電壓、接地噪聲電壓、噪聲電壓是人們常用的三個同義詞。)

機床接大地的接地噪聲的防治方法，也就從三方面進(jìn)行：

·

合理的機床接地點：選擇潮濕的地方，或上下放木炭以充分吸收水分。

·

接地體的幾何形狀與埋設(shè)：接地棒：長度為30～40cm、涂有防腐導(dǎo)電漆或酪酸鹽、一頭尖的粗金屬棒直立埋入地下。埋設(shè)銅板：面積約為1m2，厚1～2mm的銅板于地下1m深處作接地電極。輻射狀或網(wǎng)狀地線：1m深地溝中埋設(shè)由多段2mm直徑的裸銅線一端束焊在一起的?接地電極。接地點的兩種金屬間連接，要進(jìn)行地可靠焊接，防止虛焊。

(2)

接地噪聲耦合干擾

各屏蔽地間的電位差，以及多點接地構(gòu)成接地回路(如圖4.1.5所示)，會造成接地噪聲耦合干擾。

圖4.1.5

多點接地形成接地電位差的接地環(huán)路

圖4.1.6抗干擾接地系統(tǒng)

一點接地與多點接地原則，與電路中信號的頻率有關(guān)，并且地線長度要求也有所不同。例如，對應(yīng)高頻電路，頻率＜1MHz，地線長度＜1/20波長，可用一點接地；地線長度＞1/20波長，或頻率＞10MHz，應(yīng)就近多點接地。超高頻時，地線長度應(yīng)小于25mm，并要求地線鍍銀，避免輻射干擾，并降低地線阻抗。對于低頻/低電平電路，應(yīng)一點接地，避免接地回路的干擾。

數(shù)控機床中控制系統(tǒng)接地要求數(shù)控設(shè)備中特殊的電子控制系統(tǒng)，具有不同的種類的接地，如表4.1.2所示。

表4.1.2

控制系統(tǒng)的接地種類及其要求

4.1.5強電干擾及其抗干擾措施與實例分析

強電干擾，其本質(zhì)是一種電磁干擾。所以，它既可以通過線纜傳遞，又可以在空間以電磁場輻射形式傳播。強電干擾源，是強電柜中驅(qū)動電路中的電磁鐵、交流接觸器、電磁繼電器與接觸器。這些電磁器件的動作，產(chǎn)生電磁尖脈沖或浪涌噪聲，會竄入電網(wǎng)與電路，造成干擾。

抗強電干擾的措施，前面介紹的屏蔽與可靠的接地可有效抵抗輻射方式的強電干擾。對于傳導(dǎo)方式強電干擾的抵抗措施，是采用特殊接口電路——目的是阻斷干擾信號的傳遞。也就是說，阻斷是在接口電路上進(jìn)行的。接口電路是電路與電路之間的門戶，是信號傳遞的必經(jīng)之路(見圖4.1.7)。

圖4.1.7接口與總線

在數(shù)控系統(tǒng)中常用的接口電路有：吸收網(wǎng)絡(luò)、去耦電容、光/電耦合隔離、隔離放大器以及前面講過的隔離變壓器等。這些接口電路的作用是吸收、濾去強電干擾脈沖；或是隔斷信號的直接傳遞從而阻斷/抑止強電干擾脈沖。應(yīng)該注意：各種接口電路中會出現(xiàn)各種電氣元器件失效或接口線路故障，從而導(dǎo)致抗強電干擾的失敗。

吸收網(wǎng)絡(luò)電路(也稱網(wǎng)絡(luò)吸收器)

(1)

RC吸收網(wǎng)絡(luò)：并接于交流接觸器的兩端或三相電源輸入端，如圖4.1.8所示。

·

RC回路對高頻的旁路作用，能減小漏電流。

CNC系統(tǒng)一般采用抗漏電流RC回路作為給電感負(fù)載的輸出裝置。

吸收網(wǎng)絡(luò)失效，則漏電流過大，會造成負(fù)載的誤動作。所以，往往需要進(jìn)行漏電流檢查。系統(tǒng)正常的漏電流一般為3～5mA。

·RC回路又使負(fù)載的總阻抗下降，可能使系統(tǒng)輸出電流增大。

·

RC回路中的電容器容易擊穿而喪失其功能，并增大系統(tǒng)輸出電流。(注意！)

·RC回路的連線不得＞20cm。否則分布電容的增大會導(dǎo)致旁路作用的減弱。

圖4.1.8RC吸收電路(滅弧器)

(2)

續(xù)流二極管(VD)或穩(wěn)壓管(VDW)電路：反相并接于直流或交流的接觸器或電磁閥線圈的兩端，如圖4.1.9所示。

圖4.1.9續(xù)流二極管與穩(wěn)壓管電路

(3)

浪涌吸收器：并接在CNC系統(tǒng)控制電路交流電源線的單相輸入或三相輸入端?；蛘?，并接于驅(qū)動控制電路接負(fù)載的交流輸出相線間。(類似圖4.1.8所示的吸收網(wǎng)絡(luò)接入法)

CNC系統(tǒng)采用的浪涌吸收器必須可靠接地(接地線截面≥2mm2，長度＜20m)。浪涌吸收器的擊穿、失效與接地的不可靠，就會失去抗干擾能力，以至CNC會受干擾，甚至損壞開關(guān)電路。類似浪涌吸收器，還有吸收能力更強的“電源凈化器”專利產(chǎn)品，能在0～1.5MHz頻率范圍吸收干擾脈沖，性能更可靠，還能將雜波轉(zhuǎn)換成有用的50Hz電波，提高電能利用率。目前正在推廣之中。

去耦電路當(dāng)開關(guān)電路以及數(shù)字電路中的快速邏輯門電路處于高速(例10MHz)開關(guān)動作時，在配電線上會產(chǎn)生幾百毫伏的噪聲電壓(注意：直流電源電壓才5V)。因此，常在每塊電路板(印刷線路板)輸出端對地并接高頻去耦電容(一般為0.01～0.02

F)。印刷板的電源輸入端也并接去耦電容1(一般為幾到100

F)。印刷板必須可靠接地，不得時斷時通。

注意用久的機床，電子器件的老化或失效會導(dǎo)致一些故障。在上述接口電路中：

1．電容、二極管或穩(wěn)壓管可能出現(xiàn)失效/擊穿，會導(dǎo)致抗干擾能力下降或消失。

2．開關(guān)電路乃至數(shù)字電路中的快速邏輯門電路中的去耦電容失效，或印刷板接地不良，將產(chǎn)生嚴(yán)重的高頻脈沖干擾。

光電耦合(VLC)隔離光電耦合電路用于驅(qū)動接口，目的是隔離驅(qū)動器的強電干擾反饋入控制電路，如圖4.1.10所示。

圖4.1.10光電耦合電路

差動運算放大器隔離(也稱隔離放大器)差動運算放大器隔離，是一種變通接口的隔離(注意：長距離數(shù)字或脈沖信號一般采用光電隔離，如圖4.1.11所示)。

圖4.1.11差動運算放大器隔離

總線——是一些連接線的集合，它是造成系統(tǒng)插件間的標(biāo)準(zhǔn)信息通路。機外總線——?連接微機與外圍設(shè)備，構(gòu)成微處理器系統(tǒng)，或用于微處理系統(tǒng)之間的相互通信。例如：IEEE-448總線——是并行方式與外圍設(shè)備進(jìn)行通信的總線，由16條線組成，按照信道距離小于20m設(shè)計的；RS-232總線——是以串行方式進(jìn)行工作的，按照信道距離小于15m的串行數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，它是CRT終端與調(diào)制解調(diào)器連接的常用接口。

需要指出：總線與接口裝置(見圖4.1.7)常連在一起談?wù)?。所以，有必要了解一下“總線”的概念。數(shù)控系統(tǒng)總線可分成機外總線與機內(nèi)總線。系統(tǒng)的機內(nèi)總線——相當(dāng)于“神經(jīng)中樞”機內(nèi)總線——系統(tǒng)內(nèi)部電路間的連線，普遍使用的是S-100總線?？捎?00條電源線和信號線組成，按照信道距離小于1?m的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的。通過S-100總線，中央處理器可與20多個外接存儲器、I/O接口或其它處理機模塊連接。高級的數(shù)控系統(tǒng)的總線，往往包含有管理功能的芯片與電路組成的總線接口裝置。總線的芯片同樣易受強電干擾與電網(wǎng)干擾。其中，電網(wǎng)干擾竄入總線會引起時序錯誤。機內(nèi)總線的作用——相當(dāng)于神經(jīng)中樞。因為總線故障會造成不報警的系統(tǒng)癱瘓、停機故障。

例4.1.7

某廠引進(jìn)的一臺四頭多工位數(shù)控繞線機，在系統(tǒng)上電后，操作面板上“非常停止”燈點亮，無法啟動運行。由于沒有技術(shù)資料，也沒有作過機床測繪工作，只得請專業(yè)維修人員來診斷分析故障。修前調(diào)查機床處于正常使用期、環(huán)境正常、外觀正常。能報警，就先不查電源。

故障特征：硬件報警，但是原因未明。

據(jù)理析象系統(tǒng)可以進(jìn)行啟動自診斷而發(fā)出“非常”報警。而不能給出具體的報警信息，表明系統(tǒng)有兩種可能：①多種故障而無法說清，可能性很小。②在“不正?！鼻闆r下無法作具體診斷。系統(tǒng)無法檢測或無法檢測到而不能作具體診斷。分析數(shù)控機床的一般系統(tǒng)組成框圖(如圖0.1.3與圖0.1.4)，可故障大定位于CNC裝置系統(tǒng)中。確定故障類型：硬件故障。

羅列成因包括CNC裝置中主板(包括了CPU/PLC/存儲器等)、其它電路板、I/O接口及其總線等故障。能報警，就應(yīng)該排除主板故障。所以，最有可能的是信號傳遞故障。類似于人喊了聲“非常難過”隨即就“非常休克”一樣，是否是神經(jīng)中樞出了問題？故障現(xiàn)象與“共同”相關(guān)部分——總線芯片或總線接線排故障有關(guān)，就可能產(chǎn)生不能接收信號或信號沒有到達(dá)的故障現(xiàn)象。

確定步驟先從總線I/O裝置出發(fā)：

觀察尋找總線I/O裝置位置 →查各印刷板與獨立單元的I/O線纜總匯處 →故障點測試→排除故障。打開控制電箱，判斷總線位置：總線的I/O板應(yīng)該是一些印刷板I/O線的共同匯集的地方。找到了兩塊多接插口規(guī)律分布的印刷板確定為總線的I/O接口板。它們都通向一塊有CPU的印刷板。外觀檢查信號線排無損壞現(xiàn)象，而又不可能每根線都存在接觸不良問題。所以，確定先查“共同”的總線芯片。

故障點測試

采用信號強制輸入法。系統(tǒng)通電，對芯片的每對I/O口，用脈沖信號筆輸入標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號，逐路用邏輯筆測定輸出的邏輯狀態(tài)是否符合標(biāo)準(zhǔn)輸出(狀態(tài)應(yīng)該為“1”)來進(jìn)行故障定位。測得結(jié)果：有一個輸出不對。故障定位：總線接口裝置芯片故障。更換總線接口芯片，故障排除。

4.1.6輻射干擾及其抗干擾措施

硬件措施

(1)感應(yīng)體接地，是消除靜電干擾的最基本方法。(接地時應(yīng)防止形成接地環(huán)路。)

(2)采用帶屏蔽層的信號線——防止電磁干擾，并將屏蔽層單端接地。只有短距離的信號線，可采用扁平電纜。并將扁平電纜的備用線接地。五對以上的信號線不可用絞線，必須用帶屏蔽層的電纜傳送。

(3)不要把屏蔽層當(dāng)作信號線或公共線使用。并且，在布線時應(yīng)注意：不要將信號線與動力線靠近或平行布設(shè)。不要將信號線放置在大功率變壓器或大負(fù)載線圈附近，以防電磁感應(yīng)干擾。

(不要在電源電路與檢測或控制電路之間使用公共線；不要在模擬電路與數(shù)字電路之間采用公共線，以免竄擾。)

軟件措施

軟件濾波，即是在軟件設(shè)計中根據(jù)一定原則來識別有用信號和干擾信號，把干擾信號濾除。識別信號，有兩種基本原則：

時間原則——即采用“迴避”的方法：當(dāng)掌握了有用信號或干擾信號出現(xiàn)在時間上的規(guī)律后，編好程序，只在合適的時間區(qū)間內(nèi)才打開信號輸入口，避開了竄擾脈沖的進(jìn)入。

空間原則——即交互校核措施：按既定的邏輯關(guān)系，比較判斷來自不同位置、不同輸入口的同一信號方法來濾去干擾信號?！跍y試技術(shù)中，稱作信號的自相關(guān)分析法。例如：控制器本身的故障，包括了CPU壞、控制存儲器芯片壞，或RAM或其電池問題；各端口鎖存/緩沖器電路故障；PLC及其I/O接口芯片故障；以及線路板等故障。其中，控制器中PLC的I/O接口芯片是控制器的門戶。I/O接口芯片最易受外部干擾，造成I/O口工作混亂或中斷，從而造成控制器的失效/故障。

芯片工作方式的各種狀態(tài)信息是以“狀態(tài)字”形式用初始化程序存入芯片的狀態(tài)寄存器內(nèi)的。為了保證這些狀態(tài)字的正確性(不受干擾而破壞)，可對它們采用(軟件方法)定期刷新或CPU每次訪問時先刷新?！词恰扒辶恪钡姆椒ǎ核蛿?shù)前先清零，將可能引起誤動作的干擾脈沖清除掉，然后再送指令。

由圖4.1.7可以看到：一旦出現(xiàn)控制性故障時，表面上好像就是控制器故障，但故障成因卻往往可能是：存儲接口狀態(tài)的存儲器芯片/控制存儲器芯片壞、接口與CPU間數(shù)據(jù)信號電纜故障或接頭接觸不良(例如，數(shù)據(jù)總線故障)、接口與CPU間控制數(shù)據(jù)或狀態(tài)的輸入與輸出控制信號或復(fù)位信號線纜或端點接觸故障、接口電路或電路內(nèi)元器件失效或擊穿導(dǎo)致抗干擾能力下降，或無能力抗干擾而出現(xiàn)的軟性故障。

4.2數(shù)控系統(tǒng)軟件故障診斷與分析

控制軟件包括了程序、參數(shù)、機床數(shù)據(jù)及其數(shù)字信號。所以，軟件故障也就涉及了程序出錯、參數(shù)出錯和數(shù)字信號出錯等三類。出錯的原因，不外乎是：人為錯誤、電磁干擾以及相關(guān)的硬件故障(見表2.2.3)。

·數(shù)字信號出錯。這里是因為時序出錯(電磁干擾總線)造成傳遞中的數(shù)字信號出錯、堵塞或丟失，導(dǎo)致失控與停機——實質(zhì)上是硬件故障。

·

程序出錯。計算機運行程序時出錯(例如，計算機運算出錯死循環(huán)、運算中斷、寫操作I/O的破壞)、用戶編制的程序有問題或是存儲于RAM中的用戶程序被修改。約10％的故障是起因于監(jiān)控程序、管理程序以及微程序等造成的軟件故障(見2.2節(jié))，并且自編程序出錯大多只出現(xiàn)在機床調(diào)試階段。前面講過：與故障和維修相關(guān)的參數(shù)就是狀態(tài)參數(shù)與可設(shè)定的用戶參數(shù)(見3.7節(jié))。

·

參數(shù)出錯。軟件故障中，這里指存于可讀寫的RAM存儲器內(nèi)所設(shè)置的用戶參數(shù)失匹，或被修改或丟失而出錯甚至混亂(下面簡稱參數(shù)混亂)。

數(shù)控系統(tǒng)軟件故障的三種類型

多種報警共存的軟件成因是：電磁干擾性參數(shù)混亂，或人為性參數(shù)混亂。突然停電后以及長期閑置機床停機故障的軟件成因，多與失電性參數(shù)混亂相關(guān)。調(diào)試后的機床出現(xiàn)“該報警而不報警”的停機故障的軟件成因，往往是新情況下的參數(shù)失匹。需要修整參數(shù)設(shè)置。4.2.1CNC系統(tǒng)的“軟故障”與“先軟后硬”診斷原則

CNC系統(tǒng)常見的軟件故障現(xiàn)象及其成因，已在2.2.3節(jié)中介紹，并在表2.2.3中列出?？梢院唵蔚卣f，凡是表現(xiàn)為死機、故障停機中斷運行或失控現(xiàn)象，無論是有報警、無報警，或是多種報警并存，都可能與軟故障有關(guān)。這里所謂的“軟故障”，就是將操作失誤、電磁干擾造成數(shù)據(jù)傳遞或參數(shù)混亂等“軟性故障”并于軟件故障一起的統(tǒng)稱。由統(tǒng)計數(shù)字表明：軟故障在數(shù)控機床中出現(xiàn)是較多的。尤其是在新程序與機床調(diào)試階段。新的操作工，操作失誤更是常見的。

事實上，不少故障表面上是軟件故障，而實際故障成因是硬件故障。于是應(yīng)該首先據(jù)理析象判斷故障類型。“先軟后硬”的診斷原則就是指，一旦機床出現(xiàn)停機故障時，最好是充分利用系統(tǒng)的自診斷，從軟故障調(diào)查（即修前預(yù)查軟故障）與檢查開始。這將有利于故障類型判別與故障大定位。對于不同背景、不同時期的機床，出現(xiàn)不同現(xiàn)象的停機故障，先檢查用戶參數(shù)設(shè)置(參數(shù)檢查法)，即檢查參數(shù)是否出錯與混亂，從而判斷故障類型是軟故障還是硬件故障。先軟后硬的作法，往往可以避免許多硬件追蹤法的復(fù)雜過程。

//但是，利用自診斷來判出故障是有條件的：必須在CNC裝置系統(tǒng)正常而未斷電的情況下。利用系統(tǒng)自診斷，包括了利用CRT上顯示報警號、信息或內(nèi)容(軟件報警)來判定有些故障；調(diào)用相關(guān)狀態(tài)參數(shù)的實時診斷畫面獲得相關(guān)硬件或接口的實時信號狀態(tài)信息(見“在線診斷”)來判出一些硬件故障。//對于調(diào)試階段的機床出現(xiàn)故障停機情況，需要判斷是硬件故障還是程序錯誤。一般有兩種方法：一種是有效而簡單的方法，即采用輸入一個長期運行而正確無誤的軟件，來觀察機床的運行情況后作出判斷；另一種是功能程序測試法——脫機診斷(詳見2.3節(jié)中的“離線診斷”)。

4.2.2CNC系統(tǒng)軟性故障的排除方法軟性故障，一直被認(rèn)為是可恢復(fù)的故障——實際上是指操作、數(shù)據(jù)、參數(shù)與程序錯誤是可糾正的。因為一旦糾正，故障就消失。常用的排除軟性故障的方法，有三種：

(1)復(fù)位法——是分別對CNC與PLC的復(fù)位。目的是消除軟件報警。

(2)開關(guān)電源法——在復(fù)位法消除報警無效時，斷開機床總電源，無危險檢查后(目的是“安全”)，重新通電與運行程序。

(3)清除重輸入法與更改補充法——用來糾正參數(shù)或程序的錯誤。使用的條件是：具有軟件備份。

注意事項按下“復(fù)位”鍵或關(guān)斷系統(tǒng)電源，實時狀態(tài)信息將不復(fù)存在。(所以，必須先考慮是否已檢查并記錄了實時狀態(tài)信息。)程序中斷而機床中止時，機床上各部件尚未復(fù)位到安全位置。因此，在進(jìn)行開關(guān)電源法前，需對機床部件復(fù)位，安全檢查后才可重新通電啟動。必須先了解并查明錯誤信息內(nèi)容。不可盲目行事*。注意消除軟件報警≠排除了故障成因。注意軟件報警≠軟件故障。注意清除重輸入法≠根除故障成因。注：*

例如：FADAL出現(xiàn)錯誤信息“Memoryerror,respondYtodeletebadblocks.”時，如果按“Y”鍵，控制器會刪去內(nèi)存中的一些程序?！獌H當(dāng)具有存有紙帶或磁盤的備份時，才可使用，否則，應(yīng)該按“N”，以可存取程序。再如：必須分清軟件報警的內(nèi)容是硬件故障還是軟件故障。尤其是開關(guān)電源法，對硬件故障不可盲目重新通電！

4.2.3CNC系統(tǒng)的軟件報警與消除

CNC系統(tǒng)中的軟件報警，包括了CNC報警(諸如系統(tǒng)控制軟件方面的機床數(shù)據(jù)出錯、程序運算出錯/死循環(huán)/運算中斷/寫操作I/O的破壞，見表2.2.3)與PLC報警(見6.2與6.3節(jié))。需要指出幾點：

在PLC報警內(nèi)容中(見圖6.3)，操作錯誤信息與“PLC停止?fàn)顟B(tài)”報警是與軟性故障相關(guān)的，而其它關(guān)于關(guān)鍵硬件接口特定標(biāo)志位的狀態(tài)檢測報警都是涉及硬件故障的。所以說：

軟件報警≠軟件故障

關(guān)于硬件故障內(nèi)容的PLC軟件報警（詳見第7章），不進(jìn)行安全檢查，原則上是不允許采用復(fù)位法或開關(guān)電源法的，以免擴大故障。

用復(fù)位法或開關(guān)電源法，是對CNC與PLC的復(fù)位，相當(dāng)于關(guān)斷報警的“診斷軟鍵”。顯然，只能消除軟件報警，而不能自動修復(fù)錯誤的參數(shù)與用戶程序，也不能排除數(shù)字信號出錯的硬件故障成因。所以說：

消除軟件報警≠排除了故障成因

重輸入法或更改修整法，“恢復(fù)”了程序并糾正了參數(shù)錯誤，但只解決了內(nèi)部糾錯。因為除了人為因素外，還有干擾因素與硬件因素。所以說：

清除重輸入法≠根除故障成因

//在檢查RAM數(shù)據(jù)后，若發(fā)現(xiàn)程序或參數(shù)出錯、丟失或混亂，應(yīng)該先排除人為的隨機因素、電磁干擾成因，檢查并恢復(fù)其充電電池電路正常之后，在有原件備份情況下，清除RAM數(shù)據(jù)再重新輸入備份。//

例4.2.1

再談例3.7.1數(shù)控立銑床，是開機后啟動自診斷階段出現(xiàn)的#7(伺服未準(zhǔn)備好)、#20～#23(X、Y、Z與U軸速度超限)等多種報警共存現(xiàn)象。判別故障類型為軟件故障。所以，先查參數(shù)。發(fā)現(xiàn)參數(shù)混亂。采用了重輸入法，開機后報警消失。但是，作為該故障的診斷維修工作尚未完成，因為尚未找到參數(shù)混亂的確切成因：究竟是人為性、干擾性、還是失電性的。沒有去除真正的故障源！

所以，應(yīng)該先調(diào)查清環(huán)境有無干擾源、有無停電后，然后向下進(jìn)行：確定步驟先軟后硬查參數(shù)→查電池與裝夾、充電電路線路完好？→清零重輸入?yún)?shù)。 →重新啟動來判別查RAM良好？ →查干擾源。

合理測試用萬用表檢查電池及其回路完好。然后，在有備份的情況下，才對RAM清零，重輸入?yún)?shù)。重啟動機床，恢復(fù)正常。故障定位

CNC與PLC裝置的屏蔽與接地不良。

因此，還需進(jìn)一步檢查機床的屏蔽與接地，才能真正根除故障源。

4.3數(shù)控系統(tǒng)硬件故障診斷與分析

CNC系統(tǒng)中的硬件故障，泛指所有的電子器件故障、接插件故障、線路板(模塊)故障與線纜故障。器件故障包括了：低壓電器故障、傳感器故障、總線裝置故障、接口裝置故障、直流電源故障、控制器故障、調(diào)節(jié)器故障、伺服放大器故障等。在前面1.2.4節(jié)開始就指出了：在維護與診斷中應(yīng)該特別關(guān)注的器件。當(dāng)判定為硬件故障類型后，應(yīng)用“先一般后特殊”診斷原則，就應(yīng)該首先關(guān)注這些容易出故障的器件。

器件故障具有相關(guān)的故障現(xiàn)象。需要根據(jù)故障機理與系統(tǒng)工作原理分析現(xiàn)象(據(jù)理析象)，先進(jìn)行故障大定位。與器件故障相關(guān)的故障現(xiàn)象如下：

·超程、超差(跟隨誤差大，定位誤差等)、失步、不能回零等，是位置環(huán)問題。(只在調(diào)試階段，才可能是參數(shù)設(shè)置問題。)

凡是位置環(huán)的故障，就不能忘記檢測位置的傳感器及其連接電纜的完好。尤其是內(nèi)置式的脈沖編碼器與測速發(fā)電機，它們在電動機內(nèi)安裝的可靠性與性能的穩(wěn)定性直接關(guān)系到控制的可靠性。

位置環(huán)常見的硬件故障：位置傳感器——脈沖編碼器、光柵的污染與失電、移位造成檢測的反饋信號變小或為零；它們的反饋電纜線在移動中受損造成反饋信號的丟失。如果跟隨誤差的現(xiàn)象具有偶然性與不確定性，往往與反饋電路及電纜的屏蔽與接地不良，與傳感器的安裝松動有關(guān)。(另外，老機床的機械傳動的松動、零件磨損造成的反向間隙過大以及振動等，也可能造成系統(tǒng)無法補償而出現(xiàn)超差現(xiàn)象。)

·

過載、過流、過熱、飛車、振動與噪聲、軸運行不穩(wěn)以及加工質(zhì)量差等，一般多為速度環(huán)問題。(也與位置環(huán)參數(shù)設(shè)置與測位器安裝松動有關(guān)。)阻力是造成電機過載過流過熱的原因。阻力除了來自機械傳動鏈的機械阻力外，還可來自于電磁抱閘未釋放而卡死，直流電機內(nèi)電刷、整流環(huán)或永磁鐵脫落卡死等。與伺服驅(qū)動單元中的大功率發(fā)熱器件(大功率管或整流管的擊穿、變壓器線圈短路)有關(guān)。除了新機床電流、速度、加速度等參數(shù)設(shè)置的失匹會導(dǎo)致過流、刀具磨損加快現(xiàn)象外，老機床中伺服單元上增益電位器的漂移失調(diào)會導(dǎo)致超調(diào)現(xiàn)象，諸如產(chǎn)生驅(qū)動回路的過流與高頻振動。而機柜的溫升，又與系統(tǒng)的通風(fēng)與散熱器件(風(fēng)扇、空氣過濾器與風(fēng)道等的清潔)有關(guān)。

·

機械手動作中斷、程序中斷、刀架動作中斷等等故障，也是反饋控制問題。大多與反饋鏈路中傳感器(接近開關(guān)與位置開關(guān))的松動、移位、接觸不良或污染失效相關(guān)。常見的位置開關(guān)，除了機械式的位置開關(guān)外，還有：自感應(yīng)式位置開關(guān)與光電感應(yīng)式位置開關(guān)。位置開關(guān)或接近開關(guān)的靈敏度、相對位置的正確以及安裝的穩(wěn)固性是至關(guān)重要的。失修造成的銹蝕與污染、接觸不良等會減低傳感器的靈敏度與發(fā)訊延時。

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