西門子伺服系統中的維修案例分析



例1．進線快速熔斷器熔斷的故障維修 
故障現象：一臺配套SIEMENS 8MC的臥式加工中心，在電網突然斷電后開機，系統無法起動。

分析與處理過程：經檢查，該機床X軸伺服驅動器的進線快速熔斷器已經熔斷。該機床的進給系統采用的是SIEMENS 6RA系列直流伺服驅動，對照驅動器檢查伺服電動機和驅動裝置，未發現任何元器件損壞和短路現象。

檢查機床機械部分工作亦正常，直接更換熔斷器后，起動機床，恢復正常工作。分析原因是由于電網突然斷電引起的偶發性故障。





例2．SIEMENS 8MC測量系統故障的維修 
故障現象：一臺配套SIEMENS 8MC的臥式加工中心，當X軸運動到某一位置時，液壓電動機自動斷開，且出現報警提示：Y軸測量系統故障。斷電再通電，機床可以恢復正常工作，但X軸運動到某一位置附近，均可能出現同一故障。

分析與處理過程：該機床為進口臥式加工中心，配套SIEMENS 8MC數控系統，SIEMENS 6RA系列直流伺服驅動。由于X軸移動時出現Y軸報警，為了驗證系統的正確性，撥下了X軸測量反饋電纜試驗，系統出現X軸測量系統故障報警，因此，可以排除系統誤報警的原因。

檢查X軸在出現報警的位置及附近，發現它對Y軸測量系統(光柵)并無干涉與影響，且僅移動Y軸亦無報 警，Y軸工作正常。再檢查Y軸電動機電纜插頭、光柵讀數頭和光柵尺狀況，均未發現異常現象。

考慮到該設備屬大型加工中心，電纜較多，電柜與機床之間的電纜長度較長，且所有電纜均固定在電纜架上，隨機床來回移動。根據上述分析，初步判斷由于電纜的彎曲，導致局部斷線的可能性較大。

維修時有意將X軸運動到出現故障點位置，人為移動電纜線，仔細測量Y軸上每一根反饋信號線的連接情況，最終發現其中一根信號線在電纜不斷移動的過程中，偶爾出現開路現象；利用電纜內的備用線替代斷線后，機床恢復正常。
 



例3．驅動器故障引起跟隨誤差超差報警維修 
故障現象：某配套SIEMENS PRIMOS系統、6RA26**系列直流伺服驅動系統的數控滾齒機，開機后移動機床的Z軸，系統發生“ERR22跟隨誤差超差”報警。
      
分析與處理過程：數控機床發生跟隨誤差超過報警，其實質是實際機床不能到達指令的位置。引起這一故障的原因通常是伺服系統故障或機床機械傳動系統的故障。
       
由于機床伺服進給系統為全閉環結構，無法通過脫開電動機與機械部分的連接進行試驗。為了確認故障部位，維修時首先在機床斷電、松開夾緊機構的情況下，手動轉動Z軸絲杠，未發現機械傳動系統的異常，初步判定故障是由伺服系統或數控裝置不良引起的。
        
為了進一步確定故障部位，維修時在系統接通的情況下，利用手輪少量移動Z軸(移動距離應控制在系統設定的最大允許跟隨誤差以內，防止出現跟隨誤差報警)，測量Z軸直流驅動器的速度給定電壓，經檢查發現速度給定有電壓輸入，其值大小與手輪移動的距離、方向有關。由此可以確認數控裝置工作正常，故障是由于伺服驅動器的不良引起的。
      
 檢查驅動器發現，驅動器本身狀態指示燈無報警，基本上可以排除驅動器主回路的故障。考慮到該機床X、Z軸驅動器型號相同，通過逐一交換驅動器的控制板確認故障部位在6RA26**直流驅動器的A2板。
        
根據SIEMENS 6RA26**系列直流伺服驅動器的原理圖，逐一檢查、測量各級信號，最后確認故障原因是由于A2板上的集成電壓比較器N7(型號：LM348)不良引起的：更換后，機床恢復正常。





例4．故障現象：一臺配套SIEMENS 850系統、6RA26**系列直流伺服驅動系統的進口臥式加工中心，在開機后，手動移動X軸，機床X軸工作臺不運動，CNC出現X跟隨誤差超差報警。



分析與處理過程：由于機床其他坐標軸工作正常，X軸驅動器無報警，全部狀態指示燈指示無故障，為了確定故障部位，考慮到6RA26**系列直流伺服驅動器的速度/電流調節板A2相同，維修時將X軸驅動器的A2板與Y軸驅動器的A2板進行了對調試驗。經試驗發現，X軸可以正常工作，但Y軸出現跟隨超差報警。

        
根據這一現象，可以得出X軸驅動器的速度/電流調節器板不良的結論。根據SIEMENS 6RA26**系列直流伺服驅動器原理圖，測量檢查發現，當少量移動X軸時驅動器的速度給定輸入端57與69端子間有模擬量輸入，測量驅動器檢測端B1，速度模擬量電壓正確，但速度比例調節器N4(LM301)的6腳輸出始終為0V。
       
對照原理圖逐一檢查速度調節器LM301的反饋電阻R25、R27、R21，偏移調節電阻R10、R12、R13、R15、R14、R12，以及LM301的輸入保護二極管V1、V2，給定濾波環節R1、C1、R20、V14，速度反饋濾波環節的R27、R28、R8、R3、C5、R4等外圍元器件，確認全部元器件均無故障。
      
 因此，確認故障原因是由于LM301集成運放不良引起的；更換LM301后，機床恢復正常工作，故障排除。
 



例5．CNC故障引起跟隨誤差超差報警維修   故障現象：某配套SIEMENS PRIMOS系統、6RA26**系列直流伺服驅動系統的數控滾齒機，開機后移動機床的Z軸，系統發生“ERR22跟隨誤差超差”報警。
 
分析與處理過程：故障分析過程同前例，但在本例中，當利用手輪少量移動Z軸，測量Z軸直流驅動器的速度給定電壓始終為0，因此可以初步判定故障在數控裝置或數控與驅動器的連接電纜上。
        
檢查數控裝置與驅動器的電纜連接正常，確認故障引起的原因在數控裝置。打開數控裝置檢查，發現Z軸的速度給定輸出D/A轉換器的數字輸入正確，但無模擬量輸出，從而確認故障是由于D/A轉換器不良引起的。

更換Z軸的速度給定輸出的12位D/A轉換器DAC0800后，機床恢復





例6．故障現象：某配套SIEMENS PRIMOS系統、6RA26**系列直流伺服驅動系統的數控滾齒機，開機后發生“ERR21，Y軸測量系統錯誤”報警。

上海西門子數控伺服系統維修

分析與處理過程：數控系統發生測量系統報警的原因一般有如下幾種：
1)數控裝置的位置反饋信號接口電路不良。
2)數控裝置與位置檢測元器件的連接電纜不良。  
3)位置測量系統本身不良。

由于本機床伺服驅動系統采用的是全閉環結構，檢測系統使用的是HEIDENHAIN公司的光柵。為了判定故障部位，維修時首先將數控裝置輸出的X、Y軸速度給定，將驅動使能以及X、Y軸的位置反饋進行了對調，使數控的X軸輸出控制Y軸，Y軸輸出控制X軸。經對調后，操作數控系統，手動移動Y軸，機床X軸產生運動，且工作正常，證明數控裝置的位置反饋信號接口電路無故障。
       
但操作數控系統，手動移動X軸，機床Y軸不運動，同時數控顯示“ERR21，X軸測量系統錯誤”報警。由此確認，報警是由位置測量系統不良引起的，與數控裝置的接口電路無關。檢查測量系統電纜連接正確、可靠，排除了電纜連接的問題。
       
利用示波器檢查位置測量系統的前置放大器EXE601/5-F的Ual和Ua2、*Ua1和Ua2輸出波形，發現Ua1相無輸出。進一步檢查光柵輸出(前置放大器EXE601/5-F的輸入)信號波形，發現Ie1無信號輸入。檢查本機床光柵安裝正確，確認故障是由于光柵不良引起的：更換光柵LS903后，機床恢復正常工作。





例7．故障現象：某配套SIEMENS PRIMOS系統、6RA26**系列直流伺服驅動系統的數控滾齒機，開機后發生“ERR21，X軸測量系統錯誤”報警。

        
分析與處理過程：故障分析過程同前例，但在本例中，利用示波器檢查位置測量系統的前置放大器EXE601/5-F的Ual和Ua2、*Ual和*Ua2輸出波形，發現同樣Ual無輸出。進一步檢查光柵輸出(前置放大器EXE601/5-F的輸入)信號波形，發現Ie1，信號輸入正確，確認故障是由于前置放大器EXE601/5-F不良引起的。
       
根據EXE601/5-F的原理(詳見后述)逐級測量前置放大器EXE601/5-F的信號，發現其中的一只LM339集成電壓比較器不良；更換后，機床恢復正常工作。
 



例8．驅動器未準備好的故障維修 
 故障現象：一臺配套SIEMENS 850系統、6RA26**系列直流伺服驅動系統的臥式加工中心，在加工過程中突然停機，開機后面板上的“驅動故障”指示燈亮，機床無法正常起動。

分析與處理過程：根據面板上的“驅動故障”指示燈亮的現象，結合機床電氣原理圖與系統PLC程序分析，確認機床的故障原因為Y軸驅動器未準備好。
 
檢查電柜內驅動器，測量6RA26**驅動器主回路電源輸入，只有V相有電壓，進一步按機床電氣原理圖對照檢查，發現6RA26**驅動器進線快速熔斷器的U、W相熔斷。用萬用表測量驅動器主回路進線端1U、1W，確認驅動器主回路內部存在短路。
       
由于6RA26**交流驅動器主回路進線直接與晶閘管相連，因此可以確認故障原因是由于晶閘管損壞引起的。
        
逐一測量主回路晶閘管V1-V6，確認V1、V2不良(己短路)；更換同規格備件后，機床恢復正常。


由于驅動器其他部分均無故障，換上晶閘管模塊后，機床恢復正常工作，分析原因可能是瞬間電壓波動或負載波動引起的偶然故障。
 



例9．外部故障引起電動機不轉的故障維修 
故障現象：一臺配套SIEMENS 6M系統的進口立式加工中心，在換刀過程中發現刀庫不能正常旋轉。

分析與處理過程：通過機床電氣原理圖分析，該機床的刀庫回轉控制采用的是6RA**系列直流伺服驅 動，刀庫轉速是由機床生產廠家制造的“刀庫給定值轉換/定位控制”板進行控制的。
 
現場分析、觀察刀庫回轉動作，發現刀庫回轉時，PLC的轉動信號已輸入，刀庫機械插銷已經拔出，但6RA26**驅動器的轉換給定模擬量未輸入。由于該模擬量的輸出來自“刀庫給定值轉換/定位控制”板，由機床生產廠家提供的“刀庫給定值轉換/定位控制”板原理圖逐級測量，最終發現該板上的模擬開關(型號DG201)已損壞，更換同型號備件后，機床恢復正常工作。
 



例10．開機電動機即高速旋轉的故障維修 
故障現象：一臺與例268同型號的機床，在開機調試時，出現手動按下刀庫回轉按鈕后，刀庫即高速旋轉，導致機床報警。

分析與處理過程：根據故障現象，可以初步確定故障是由于刀庫直流驅動器測速反饋極性不正確或測速反饋線脫落引起的速度環正反饋或開環。測量確認該伺服電動機測速反饋線已連接，但極性不正確；交換測速反饋極性后，刀庫動作恢復正常。 


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