西門子驅(qū)動(dòng)模塊維修功能分析及故障診斷

西門子611D驅(qū)動(dòng)功能分析及故障診斷 

SINUMERIK840D/810D 配置的驅(qū)動(dòng)一般采用 SIMODRIVE 611D，它包括兩部分，即電源模塊和驅(qū)動(dòng)模塊。

 本文通過(guò)分析介紹兩種模塊的工作原理和功能，驅(qū)動(dòng)模塊的 檢測(cè)方法，結(jié)合實(shí)際工作中電源和驅(qū)動(dòng)模塊出現(xiàn)的故障現(xiàn) 象，針對(duì)不同的故障原因，提出相應(yīng)的故障診斷和維修方 [關(guān)鍵詞]數(shù)控機(jī)床電源模塊 驅(qū)動(dòng)模塊 故障，診斷 TM 前言西門子SIMODRIVE 611 系列驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一種高性能驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)，能滿足數(shù)控機(jī)床對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和技術(shù)性能方 面等要求，包括高要求的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，速度整定范圍以及平 滑運(yùn)行特性，通常用于西門子802D、840D、810D 以及海德漢 等數(shù)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的驅(qū)動(dòng)功能。

611D 電源模塊主要功 能是提供直流母線電壓、電子電源、使能信號(hào)以及故障監(jiān)控 功能。驅(qū)動(dòng)模塊一般由功率模塊和控制模塊以及驅(qū)動(dòng)總線組 成，實(shí)現(xiàn)伺服對(duì)位置、速度和電流三個(gè)閉環(huán)控制。

 電源模塊西門子SIMODRIVE 611D 系列電源模塊，通常也稱為饋 電模塊，主要為數(shù)控單元和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置提供控制和驅(qū)動(dòng)用 的電源，即產(chǎn)生直流母線電壓和電子電源，同時(shí)監(jiān)測(cè)電源和 模塊的狀態(tài)，通常直流母線電壓根據(jù)饋電模塊的類型，電源 模塊分為不可控電源模塊稱為UI 電源模塊，可控電源模塊稱 電源模塊。

可控饋電模塊直流母線電壓穩(wěn)定在600VDC，而不可控饋電模塊的直流母線電壓在490―644VDC 范圍內(nèi)波動(dòng)，電子電源主要有+15VDC，-15VDC，24VDC 5VDC，由DEVICEBUS 設(shè)備總路線輸出，供數(shù)控單元和驅(qū)動(dòng)模 塊內(nèi)部工作使用。

 1.1 不可控饋電模塊 不可控電源模塊采用不可控的功率二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)整流 功能，把外部三相380V 交流供電電源整流為直流電源，通常 直流電壓的經(jīng)驗(yàn)為UDC=1.35UAC。UI 不可控饋電模塊的直流 母線電壓不可調(diào)節(jié)，適用于低壓應(yīng)用場(chǎng)合，通常有5KW，10KW 以及28KW 等級(jí)。

在UI 型饋電模塊中，因?yàn)椴捎霉β识O管 進(jìn)行整流，所以當(dāng)電機(jī)制動(dòng)或減速時(shí)，直流母線上產(chǎn)生的制 動(dòng)能量不能回饋到電網(wǎng)，這種制動(dòng)能量可以存儲(chǔ)在直流母線 上的大電容里。 

1.2 可控饋電模塊 可控饋電模塊大的特點(diǎn)是直流母線電壓可調(diào)節(jié)，直 流母線上的制動(dòng)能量可以反饋到供電電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)再生。它的整 流部分采用IGBT 功率晶體管實(shí)現(xiàn)整流。

1.3 電源模塊常見(jiàn)故障分析 

1.3.1 5V，5V 故障燈亮 公司中捷FK125 數(shù)控機(jī)床，采用西門子611 驅(qū)動(dòng)，電 源模塊上的15V，5V 紅色指示燈亮，說(shuō)明這兩種電源電壓出 現(xiàn)故障，故障原因有兩個(gè)方面：電源模塊本身電子電源轉(zhuǎn)換 電路有問(wèn)題；所聯(lián)接的外部負(fù)載出現(xiàn)問(wèn)題。首先關(guān)斷電源， DC-Link 電壓降到安全范圍，斷開(kāi)X151（軸模塊上），斷開(kāi) 端子X(jué)121、X141、X161、X171，上電，這時(shí)候故障消失，說(shuō) 明電源模塊本身沒(méi)有問(wèn)題，可能在端子接口中有短路情況存 在。

然后將端子依次加上去，發(fā)現(xiàn)是X151 扁平電纜的問(wèn)題。 當(dāng)加到W 軸模塊時(shí)出現(xiàn)兩紅色指示燈亮起，說(shuō)明驅(qū)動(dòng)模塊有 問(wèn)題，將模塊的控制板取出來(lái)，更新，這時(shí)故障排除。 

1.3.2 外部供電電源故障燈亮 公司043-017 號(hào)昆明道斯數(shù)控加工中心，出現(xiàn)電源模 個(gè)指示燈中左邊下面紅色指示燈亮，說(shuō)明外部電源有故障。首先要確定故障出現(xiàn)在上電時(shí)（Power up）還是在 使能時(shí)（Enable）。

如果在上電時(shí)，檢查端子U1、V1、W1 X181是否缺相，并檢查一下供電電壓是否正常。如機(jī)床是在 使能時(shí)出現(xiàn)紅色指示燈亮，則有可能是功率模塊的故障，或 者電源模塊本身故障。斷開(kāi)電源，等到DC-Link 電壓降到安 全范圍，從電源模塊處斷開(kāi)直流母排的連接端，這樣就將所 有的驅(qū)動(dòng)模塊從直流母線上脫開(kāi)。然后上電檢查電源模塊。 

故障依舊，說(shuō)明驅(qū)動(dòng)模塊沒(méi)有問(wèn)題，故障應(yīng)該出現(xiàn)在電源模 塊，更換電源模塊后故障排除。 驅(qū)動(dòng)模塊611D 數(shù)字控制模塊用于控制1FT6/1FK7/1FN1/1FE1 1PH電機(jī)的運(yùn)行，611D 結(jié)構(gòu)有單軸模塊和雙軸模塊兩種。

驅(qū)動(dòng)模塊分為功率單元和數(shù)字閉環(huán)控制單元，通過(guò)設(shè)備總線與 驅(qū)動(dòng)總線連接到系統(tǒng)。由于611D 數(shù)字控制單元結(jié) SINUMERIK840C 或SINUMERIK840D 才能發(fā)揮其作用，所以 611D 的控制參數(shù)要通過(guò)840C 或840D 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定。

 2.1 驅(qū)動(dòng)模塊連接 驅(qū)動(dòng)模塊上的脈沖使能觸點(diǎn)T663/9 是一個(gè)輸入信號(hào)， 當(dāng)T663/9 觸點(diǎn)閉合時(shí)，驅(qū)動(dòng)模塊各進(jìn)給軸控制回路開(kāi)始工 作，控制信號(hào)對(duì)該模塊上的所有軸都有效。“脈沖使能”信 號(hào)由PLC 控制，有條件地使能各個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，如果直接短 接，則系統(tǒng)一旦上電，驅(qū)動(dòng)模塊的控制立即進(jìn)入工作狀態(tài)。 

2.2 功率單元的檢測(cè)方法 如果功率模塊發(fā)生故障，那么集成在內(nèi)部的半導(dǎo)體器 件（IGBT）就會(huì)有反應(yīng)，可以通過(guò)電阻測(cè)試很容易地檢測(cè)出 來(lái)。從圖04 可以看出驅(qū)動(dòng)模塊功率單元的工作原理，功率 單元實(shí)現(xiàn)電源逆變主要靠6 個(gè)IGBT 晶體管的導(dǎo)通/關(guān)斷動(dòng)作 以及續(xù)流二極管的導(dǎo)通.關(guān)閉驅(qū)動(dòng)的電源，等直流母線放電結(jié) 束，斷開(kāi)電機(jī)的連接端子（U2、V2、W2）。直流母線M600、 P600 上把模塊與其他相鄰的模塊斷開(kāi)。用萬(wàn)用表的正極測(cè)試 M600 端，負(fù)極測(cè)試P600 端，如圖05 所示。萬(wàn)用表顯示的兩 個(gè)二極管的壓降值大約在0.7V ，如果顯示的壓降值在0V 者大于2.2V，則說(shuō)明模塊有故障。

2.3 進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊常見(jiàn)故障分析 

2.3.1 功率模塊故障 公司FK110 數(shù)控機(jī)床，在加工的過(guò)程中出現(xiàn)“25201” 伺服故障報(bào)警。產(chǎn)生故障的原因有多方面的，如伺服電機(jī)、電纜出現(xiàn)問(wèn)題；機(jī)械傳動(dòng)部分阻力過(guò)大；功率模塊內(nèi)部 故障等等。首先重啟機(jī)床，上電完成后沒(méi)有出現(xiàn)報(bào)警，說(shuō)明 模塊通過(guò)了自檢，如有報(bào)警基本上可以肯定是驅(qū)動(dòng)模塊損 壞。第二步，加上驅(qū)動(dòng)模塊的使能后，如果馬上產(chǎn)生報(bào)警， 原因主要是伺服電機(jī)、動(dòng)力電纜短路或接地，說(shuō)明功率模塊 本身有問(wèn)題。第三步，選擇JOG 模式，進(jìn)給倍率選擇在低速 區(qū)，正、負(fù)方向移動(dòng)一下就出現(xiàn)25201 號(hào)報(bào)警，通過(guò)軸驅(qū)動(dòng) 參數(shù)1708 號(hào)查看負(fù)荷率，負(fù)荷率在移動(dòng)瞬間只有40%多，說(shuō) 明機(jī)械傳動(dòng)部分正常。

 2.3.2 散熱器溫度報(bào)警 公司奧地利EMCO 數(shù)控車床出現(xiàn)300515 號(hào)報(bào)警，功率 單元大溫度超出，這是功率模塊常見(jiàn)報(bào)警之一。原因有 兩方面，機(jī)械傳動(dòng)阻力過(guò)大，造成電流值過(guò)大，功率單元的 散熱器溫度過(guò)高；還有就是功率模塊散熱風(fēng)扇壞。其監(jiān)控機(jī) 制如圖06 所示。在實(shí)際的維修工作中，特別夏季出現(xiàn)頻繁， 絕大多數(shù)是因?yàn)樯犸L(fēng)扇不工作造成的報(bào)警，通過(guò)更換風(fēng)扇 故障排除。 結(jié)束語(yǔ) 在對(duì)模塊故障診斷前，必須熟知各模塊接口的定義， 掌握模塊好壞的檢測(cè)方法。特別是對(duì)于驅(qū)動(dòng)模塊，同一個(gè)報(bào) 警代碼可能產(chǎn)生故障的原因有很多種，如出現(xiàn)25201 伺服故 障報(bào)警時(shí)，有可能是功率模塊本身有故障，也有可能是電纜 線，伺服電機(jī)損壞，也有可能是機(jī)械傳動(dòng)部分出問(wèn)題，也有 可能是測(cè)量系統(tǒng)有故障造成的，等等。要根據(jù)其它的報(bào)警提 示，結(jié)合模塊監(jiān)控參數(shù)，觀察模塊的指示燈狀態(tài)，聽(tīng)傳動(dòng)部 位聲音等手段來(lái)綜合診斷故障點(diǎn)。

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