摘要：本文僅以西門子SINUMERIK810D/840D數(shù)控系統(tǒng)以及與之配套使用的SIMODRIVE611D驅(qū)動模塊為例，簡要說明西門子數(shù)控系統(tǒng)的故障維修方法。

         一、前言
　　
　　自從1952年美國研制出*臺數(shù)控機(jī)床，經(jīng)過了50多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)遍布所有的工業(yè)領(lǐng)域。隨著數(shù)控機(jī)床日益廣泛地應(yīng)用于關(guān)鍵崗位和關(guān)鍵工序上，如果出現(xiàn)故障后不能及時維修將會造成很大的損失，因此數(shù)控系統(tǒng)的維修也顯得日益重要和急迫起來！
　　
　　德國西門子公司是目前國內(nèi)應(yīng)用相當(dāng)廣泛的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商，其生產(chǎn)的SINUMERIK810D系列和840D系列數(shù)控系統(tǒng)是模塊化的CNC控制系統(tǒng)，主要用于柔性制造系統(tǒng)。它加工應(yīng)用技術(shù)上具有無以倫比的優(yōu)勢，性能穩(wěn)定，操作簡單，性價比高，在多種應(yīng)用領(lǐng)域成為用戶的。
　　
　　　
　　二、項目介紹
　　
　　近年來哈爾濱航空工業(yè)集團(tuán)東安微發(fā)股份公司為了加大新型汽車發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)能力，投入巨資購入大量國內(nèi)外的數(shù)控機(jī)床。本文以4臺德國CROSSH川er（惠樂一喜樂公司）產(chǎn)的臥式加工中心和3臺沈陽產(chǎn)的立式加工中心為例，簡要說明西門子數(shù)控系統(tǒng)的維修。其中德國臥式加工中心控制系統(tǒng)是采用德國西門子公司的SINUMERIK840D，驅(qū)動部分是SIMODRIVE611D，人機(jī)接口主機(jī)單元PCU50，操作面板OP012。國產(chǎn)立式加工中心采用SINUMERIK810D數(shù)控系統(tǒng)，驅(qū)動部分同樣是SIMODRIVE611D，人機(jī)接口是MMC100.2，操作面板OP17。　　　　
　　三、維護(hù)說明
　　
　　隨著我公司發(fā)動機(jī)產(chǎn)量的逐漸增大以及機(jī)床使用時間的增加，這7臺加工中心出現(xiàn)各種問題，結(jié)合實際故障，把西門子數(shù)控系統(tǒng)和驅(qū)動模塊等出現(xiàn)的問題按照軟件、硬件、PLC/NC程序和電磁兼容等方面進(jìn)行了闡述！
　　
　　1．硬件的維修
　　
　　數(shù)控系統(tǒng)的硬件主要由三部分組成：電源系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，獨立單元。
　　
　　（1）控制電源
　　
　　控制電源是數(shù)控系統(tǒng)硬件的重要組成部分，而電源部分故障在故障現(xiàn)象中占了一定的比例。
　　
　　在西門子的數(shù)控系統(tǒng)中直流電源居多，多作為控制用開關(guān)穩(wěn)壓電源。在驅(qū)動系統(tǒng)中的直流母線的電壓為600V，它是經(jīng)過伺服變壓器和整流裝置獲得，正因為其電壓高，損壞的幾率也高。
　　
　　一臺沈陽中捷加工中心OP17無顯示，經(jīng)過檢查是24V電源模塊損壞，輸出電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，需更換新電源模塊來解決。
　　
　　一臺德國加工中心，在正常啟動后報警顯示驅(qū)動部分不準(zhǔn)備，后發(fā)現(xiàn)是611D的電源模塊短路，直流母線電壓為0，檢查后發(fā)現(xiàn)此時進(jìn)線交流電源大于440V，擊穿了電源模塊內(nèi)部器件所致。這時需更換電源模塊，并在外部電源增加自動穩(wěn)壓器。
　　
　　（2）控制系統(tǒng)
　　
　　這里所指的控制系統(tǒng)是控制裝置中信號產(chǎn)生、處理、，傳輸及執(zhí)行過程所涉及到的單元和各單元的。可以根據(jù)系統(tǒng)手冊分析電氣原理，把一個復(fù)雜的系統(tǒng)分成各種各樣的功能塊，然后對每一個功能塊的輸入、輸出信號進(jìn)行分析，找出其間的。
　　
　　一臺德國加工中心（840D系統(tǒng)），采用PCU50，帶硬盤。出現(xiàn)啟動不了的現(xiàn)象，OP黑屏。經(jīng)過檢查是硬盤損壞，從西門子訂購的硬盤到后，安裝完畢。因為版本不同，需要更新HMI文件，利用LAN網(wǎng)絡(luò)（RJ45接口）把文件傳到新硬盤中，重新啟動后自動安裝。正常后通過硬盤自帶的GHOST程序備份到筆記本電腦中（可以備份到本地硬盤，也可以備份到其他計算機(jī)中，如果備份到其他計算機(jī)中的時候要注意硬盤的分區(qū)要多于本地硬盤的分區(qū)）。
　　
　　中捷加工中心的生產(chǎn)任務(wù)重，現(xiàn)場條件相對較差，在加工中心出現(xiàn)611D驅(qū)動模塊打火現(xiàn)象并報警時，檢查驅(qū)動模塊沒有問題，卻發(fā)現(xiàn)伺服電動機(jī)燒毀。經(jīng)分析需重新更換電動機(jī)來解決。因為是采用相對編碼器，所以零點不用重新設(shè)置，開機(jī)后零點可以正常工作。　　　　
　　（3）獨立單元
　　
　　獨立單元是指能夠以簡單的適配關(guān)系與數(shù)控系統(tǒng)中其他部分結(jié)合在一起的部分，例如外接的PLC、光柵測量系統(tǒng)、紙帶閱讀機(jī)、脈沖編碼器、轉(zhuǎn)速傳感器、操作面板等。
　　
　　中捷加工中心曾出現(xiàn)OP17上的啟動按鍵無反應(yīng)，檢查PLC該點的狀態(tài)也無反應(yīng)，經(jīng)過檢查是按鍵損壞，把多余的按鍵更換過來后得以解決。　　　　
　　德國加工中心采用840D數(shù)控系統(tǒng)閉環(huán)控制，負(fù)責(zé)發(fā)動機(jī)部件的精密加工，在加工中出現(xiàn)位置偏差報警。因為是閉環(huán)控制，首先要判斷故障是在編碼器或光柵尺的哪一端。先屏蔽光柵尺，只采用編碼器檢測，報警消失，判斷故障出現(xiàn)在光柵尺，仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)光柵尺有污跡，電纜有磨損，經(jīng)過處理并更換電纜使故障得以解決。
　　
　　2．控制系統(tǒng)硬件故障檢查與分析
　　
　　經(jīng)過上面的說明，大家可以總結(jié)出硬件檢查的一些方法。
　　
　　（1）常規(guī)檢查
　　
　　1）外觀檢查在系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，首*行外觀檢查，查找明顯的故障，并有針對性
　　
　　2）連接電纜和連線的檢查針對故障部位，用輔助儀器檢查。
　　
　　3）連接端和插接件的檢查針對故障部位，檢查與它們相關(guān)的接線端子和插接件，因為它們?nèi)菀姿蓜樱l(fā)熱和氧化。
　　
　　4）電源電壓檢查電源檢查是非常重要的，因為數(shù)控系統(tǒng)正常工作，電源電壓正常是zui基本的保證。
　　
　　（2）面板顯示和指示燈分析法
　　
　　面板（OP）顯示提供的故障信息是很重要的，西門子數(shù)控系統(tǒng)的自診斷提供的報警信號和幫助信息非常豐富，要仔細(xì)地分析它們。而面板上的指示燈或是電路板上的LED指示燈則指明了故障的大致方向，提供給我們一些故障的信息，可以幫助找到故障的發(fā)生部位。
　　
　　中捷加工中心，面板顯示的報警提示是冷卻壓力低，經(jīng)檢查是冷卻水泵損壞，無法達(dá)到系統(tǒng)的額定壓力，引起壓力開關(guān)報警。可見，這些信息可以提醒維修人員快速定位和檢查故障部位。
　　
　　（3）分析法
　　
　　這是一種查找故障、縮小故障范圍的方法。在清楚整個系統(tǒng)的原理的情況下，把系統(tǒng)按功能分成幾部分，根據(jù)故障的情況來判斷是哪個部分發(fā)生了問題。810D/840D可分成MMC/PCU，PLC，CCU/NCU，MCP，驅(qū)動部分等，各部分有其不同的功能，可以根據(jù)報警提示和故障分析來判斷故障發(fā)生的大致部位，從而縮短維修時間。
　　
　　3．軟件的維修
　　
　　數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行過程是軟件控制下的機(jī)床動作過程。如果機(jī)床出現(xiàn)停機(jī)的故障，應(yīng)該先檢查軟件，因為這種停機(jī)多是由于軟件引起的。
　　
　　西門子的軟件種類豐富，功能強(qiáng)大，開放性好，深受廣大用戶的歡迎。這其中包括基于WINDOWS和DOS的軟件，可用于不同的使用環(huán)境。比如WINCC是上位機(jī)監(jiān)控程序，STEP7用于PLC程序編制，TOOLBOX用于安裝調(diào)試，PCIN和WINPCIN用于傳輸，HMI軟件等。
　　
　　（1）NC機(jī)床數(shù)據(jù)及PLC機(jī)床數(shù)據(jù)
　　
　　它們是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)適配于機(jī)床的各方面的數(shù)據(jù)，其含義廣泛，可以根據(jù)手冊上提供的說明了
　　
　　解其取值范圍、標(biāo)準(zhǔn)值、使用值，并可以根據(jù)具體情況給予優(yōu)化處理。
　　　　　　中捷友誼廠生產(chǎn)的TH5940立式鏜銑加工中心，在換刀的過程中，操作者誤操作，按下RESET建，致使刀號混亂。這需要在DB塊中重新輸入刀號，以建立新的刀具表。這是因為在換刀沒有完成時，按下RESET鍵使計數(shù)器復(fù)位，刀號計數(shù)錯誤造成的。　　　　
　　（2）NC程序和PLC程序
　　
　　NC加工程序是描述加工過程和刀具的運(yùn)動軌跡。而PLC程序是控制掃描各輸入點的狀態(tài)按用戶邏輯計算控制邏輯，然后順序向各輸出點發(fā)出相應(yīng)的控制信號。
　　
　　中捷加工中心在調(diào)試中曾出現(xiàn)以下故障：無法執(zhí)行CYCLE85固定循環(huán)（鏜孔加工循環(huán)），經(jīng)過檢查是GUD7和該循環(huán)都沒有被裝載，裝載后問題得以解決；主軸定位角度發(fā)生變化，無法正常交換刀具，在換刀具程序L6中把主軸定位角度進(jìn)行調(diào)整即可，即SPOS=XXX．XX此句，根據(jù)實際情況進(jìn)行修改；Dl/0模塊沒有輸出，并且對所有的輸入信號PLC均無動作，因為是在標(biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序基礎(chǔ)上根據(jù)實際情況進(jìn)行的修改，懷疑MD14512[0l-[5]沒有正確設(shè)置，在PLC狀態(tài)窗口下觀察，果然沒有設(shè)置，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置后問題得以解決。
　　
　　4．電磁兼容性
　　
　　一般的工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場環(huán)境惡劣，會產(chǎn)生各種干擾和噪聲。干擾和噪聲是一個不容忽視的問題，尤其對一些精密設(shè)備（如數(shù)控設(shè)備）必須認(rèn)真對待。干擾可能會影響數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的程序和數(shù)據(jù)，導(dǎo)致不必要的報警和中斷，嚴(yán)重時會使機(jī)床失控，造成重大事故。
　　
　　對于西門子系統(tǒng)來說，采用的是高電壓、數(shù)字式的動態(tài)系統(tǒng)。數(shù)字地和模擬地的影響；電磁波干擾，包括系統(tǒng)附近用電設(shè)備（電火花、高頻電源）的通斷，過往車輛，電磁波等；供電電源波動、久電壓、過電壓的影響等，這些對其都有一定的影響。　　　　
　　所以在調(diào)試、維修數(shù)控機(jī)床時必須考慮以下幾個方面，以避免干擾。
　　
　　1）抗干擾的良好電源系統(tǒng)。
　　
　　2）合理的接地方式。
　　
　　3）科學(xué)的配線。
　　
　　4）符合抗干擾要求的現(xiàn)場環(huán)境。
　　
　　5）的軟件抗干擾措施。
　　
　　中捷加工中心的第3臺zui近總是受到干擾，產(chǎn)生一些錯誤動作和信息。經(jīng)過仔細(xì)檢查是地線磨損，另外電網(wǎng)有高次諧波竄入造成，重新接好地線，選用合適容量的穩(wěn)壓電源和隔離變壓器后，現(xiàn)象消失！
　　
　　四、結(jié)束語
　　
　　綜上所述，只是說明了維修西門子系統(tǒng)的一些經(jīng)驗。中國是制造業(yè)大國，隨著數(shù)控機(jī)床越來越多的應(yīng)用，相信西門子產(chǎn)品的靈活性和開放性，以及高的性價比使更多的用戶把它作為數(shù)控系統(tǒng)的。