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西門子驅(qū)動模塊維修功能分析及故障診斷

更新時間:2020-04-16   點擊次數(shù):4898次

西門子611D驅(qū)動功能分析及故障診斷 

SINUMERIK840D/810D 配置的驅(qū)動一般采用 SIMODRIVE 611D,它包括兩部分,即電源模塊和驅(qū)動模塊。

 本文通過分析介紹兩種模塊的工作原理和功能,驅(qū)動模塊的 檢測方法,結(jié)合實際工作中電源和驅(qū)動模塊出現(xiàn)的故障現(xiàn) 象,針對不同的故障原因,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)動模塊 故障,診斷 TM 前言西門子SIMODRIVE 611 系列驅(qū)動系統(tǒng)是一種高性能驅(qū) 動系統(tǒng),能滿足數(shù)控機(jī)床對驅(qū)動系統(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,實現(xiàn)機(jī)床的驅(qū)動功能。

611D 電源模塊主要功 能是提供直流母線電壓、電子電源、使能信號以及故障監(jiān)控 功能。驅(qū)動模塊一般由功率模塊和控制模塊以及驅(qū)動總線組 成,實現(xiàn)伺服對位置、速度和電流三個閉環(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)動裝置提供控制和驅(qū)動用 的電源,即產(chǎn)生直流母線電壓和電子電源,同時監(jiān)測電源和 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,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實現(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)用場合,通常有5KW,10KW 以及28KW 等級。

在UI 型饋電模塊中,因為采用功率二極管 進(jìn)行整流,所以當(dāng)電機(jī)制動或減速時,直流母線上產(chǎn)生的制 動能量不能回饋到電網(wǎng),這種制動能量可以存儲在直流母線 上的大電容里。 

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

1.3 電源模塊常見故障分析 

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,電 源模塊上的15V,5V 紅色指示燈亮,說明這兩種電源電壓出 現(xiàn)故障,故障原因有兩個方面:電源模塊本身電子電源轉(zhuǎn)換 電路有問題;所聯(lián)接的外部負(fù)載出現(xiàn)問題。首先關(guān)斷電源, DC-Link 電壓降到安全范圍,斷開X151(軸模塊上),斷開 端子X121、X141、X161、X171,上電,這時候故障消失,說 明電源模塊本身沒有問題,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 扁平電纜的問題。 當(dāng)加到W 軸模塊時出現(xiàn)兩紅色指示燈亮起,說明驅(qū)動模塊有 問題,將模塊的控制板取出來,更新,這時故障排除。 

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

如果在上電時,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。斷開電源,等到DC-Link 電壓降到安 全范圍,從電源模塊處斷開直流母排的連接端,這樣就將所 有的驅(qū)動模塊從直流母線上脫開。然后上電檢查電源模塊。 

故障依舊,說明驅(qū)動模塊沒有問題,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)動模塊分為功率單元和數(shù)字閉環(huán)控制單元,通過設(shè)備總線與 驅(qū)動總線連接到系統(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840C 或840D 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定。

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

2.2 功率單元的檢測方法 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)就會有反應(yīng),可以通過電阻測試很容易地檢測出 來。從圖04 可以看出驅(qū)動模塊功率單元的工作原理,功率 單元實現(xiàn)電源逆變主要靠6 個IGBT 晶體管的導(dǎo)通/關(guān)斷動作 以及續(xù)流二極管的導(dǎo)通.關(guān)閉驅(qū)動的電源,等直流母線放電結(jié) 束,斷開電機(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。用萬用表的正極測試 M600 端,負(fù)極測試P600 端,如圖05 所示。萬用表顯示的兩 個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,則說明模塊有故障。

2.3 進(jìn)驅(qū)動模塊常見故障分析 

2.3.1 功率模塊故障 公司FK110 數(shù)控機(jī)床,在加工的過程中出現(xiàn)“25201” 伺服故障報警。產(chǎn)生故障的原因有多方面的,如伺服電機(jī)、電纜出現(xiàn)問題;機(jī)械傳動部分阻力過大;功率模塊內(nèi)部 故障等等。首先重啟機(jī)床,上電完成后沒有出現(xiàn)報警,說明 模塊通過了自檢,如有報警基本上可以肯定是驅(qū)動模塊損 壞。第二步,加上驅(qū)動模塊的使能后,如果馬上產(chǎn)生報警, 原因主要是伺服電機(jī)、動力電纜短路或接地,說明功率模塊 本身有問題。第三步,選擇JOG 模式,進(jìn)給倍率選擇在低速 區(qū),正、負(fù)方向移動一下就出現(xiàn)25201 號報警,通過軸驅(qū)動 參數(shù)1708 號查看負(fù)荷率,負(fù)荷率在移動瞬間只有40%多,說 明機(jī)械傳動部分正常。

 2.3.2 散熱器溫度報警 公司奧地利EMCO 數(shù)控車床出現(xiàn)300515 號報警,功率 單元大溫度超出,這是功率模塊常見報警之一。原因有 兩方面,機(jī)械傳動阻力過大,造成電流值過大,功率單元的 散熱器溫度過高;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。在實際的維修工作中,特別夏季出現(xiàn)頻繁, 絕大多數(shù)是因為散熱風(fēng)扇不工作造成的報警,通過更換風(fēng)扇 故障排除。 結(jié)束語 在對模塊故障診斷前,必須熟知各模塊接口的定義, 掌握模塊好壞的檢測方法。特別是對于驅(qū)動模塊,同一個報 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 障報警時,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)械傳動部分出問題,也有 可能是測量系統(tǒng)有故障造成的,等等。要根據(jù)其它的報警提 示,結(jié)合模塊監(jiān)控參數(shù),觀察模塊的指示燈狀態(tài),聽傳動部 位聲音等手段來綜合診斷故障點。

 

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