搬遷導致機床異常故障的案例分析

宓方瑋，董春強，陳濱

(中國工程物理研究院機械制造工藝研究所，四川綿陽621900)

某單位機床搬遷后出現異常，無法正常使用。作者到現場檢修了2 天才最終發現故障原因，中間被故障現象的奇特引導，走了一些彎路。事后回顧整個檢修過程，覺得非常有必要做一次總結，讓同行分享其中的經驗和教訓。

1 故障現象

2013年3月，某公司的重大頭車CK61100 搬遷到新工號就位后，出現伺服軸亂跑的現象，具體為:機床上電后執行回零操作，X軸沒有動作，Z軸則隨機向一個方向以最大速度移動一段距離后出現25040、25201、26100、300500、300608、20005 等報警號，按復位鍵Z軸也出現上述現象。

2 故障分析

2.1 報警號分析

25040 報警含義:軸輪廓監控錯誤，是指NCK輸出的指令值與機床的實際值超出了機床數據參數MD36400 CONTOUR_TOL 中設定的數值。

解決辦法:檢測MD36400 CONTOUR_TOL 中設定的公差值是否太小;檢查位置控制器的優化(機床數據32200 POSCTRL_GAIN 中的KV 系數)，確定軸是否跟蹤給定的設定點，否則速度控制器優化必須提高或者KV 伺服增益系數必須減小;檢測MD32200 MAX_AX_ACCEL 中的加速，如果由于過量加速而達到電源限制，那么位置控制因此切斷。一旦控制循環關閉，那么“丟失的”實際值以過調形式恢復;提高速度控制器優化;檢測機械部分(平穩運行、慣量質量)。

25201 報警含義:軸驅動故障，是指驅動發出一級嚴重故障信號(ZK1)，故障可以通過鑒定下列額外輸出的驅動報警來識別:報警300500，報警300502-300505，報警300508，報警300515，報警300608，報警300612，報警300614，報警600701-300761，報警300799。

解決辦法:測定上述列出的驅動報警，按復位鍵消除此方式組所在通道內報警。

26100 報警含義:軸的壽命符號消失，是指驅動控制在每個控制循環中增加1 個“壽命符號元件”，此元件在插補循環中由伺服檢查變化情況，如果元件不變，報警產生。

解決辦法:其他故障信息也用此報警顯示(系統故障，如棧溢出)，可訪問它們以確定故障原因。如果此報警重復發生，除機床分析外，留意其他報警顯示。

300500 報警含義:軸%1 驅動%2 系統錯誤，錯誤代碼%3，%4POWER ON，是指驅動已發出系統錯誤信號。

300608 報警含義:軸%1 驅動%2 速度控制器處于極限，是指由于超時，速度控制器輸出已處于極限(1605:$MD_ APEEDCTRL_LIMIT_TIME)。扭矩設置點超出扭矩限制(電流限定);當速度設置點低于MD1606:$MD_SPEEDCTRL_LIMIT_THRESHOLD 中的速度閾值時監控系統才生效。

解決辦法:電機受阻;檢查電機編碼器及電纜;檢查電機編碼器電纜上的屏蔽連接;檢查電機接地;檢查電機換向器連接(相位消失，旋轉場不正確);檢查編碼器分辨率;檢查編碼器軌跡旋轉方向;檢查電機保護;檢查驅動器連接;檢查直流母線電壓和螺釘連接;是否激活Uce監控線路;根據軸的機械和動態特性修改MD1605 和MD1606(FDD 的默認值MD1605 為200 ms、MD1606 為8 000 r/min，MSD 的默認值MD1605 為200 ms、MD1606 為30 r/min)。

20005 報警含義:通道軸%1 驅動%2 參考點逼近失敗，是指不能對所有所述的坐標軸都完成回參考點(例如由于失去調節器使能，測量系統的切換、方向鍵釋放等而造成異常中止)。如果在MD34000REFP_CAM_IS_ACTIV 中設置值1(參考擋塊)并且滿足一個消除故障的條件，則在距離編碼的測量系統中也會出現報警。

解決辦法:檢查伺服允許信號丟失(DB31-48，DBX2.1);測量系統切換(DB31- 48，DBX1.5 和DBX1.6);方向鍵+或-丟失(DB31-48，DBX4.6和DBX4.7);進給超控為0;進給禁止有效;坐標軸專用的MD34110REFP_CYCLE_NR 確定哪些坐標軸涉及通道專用參考點設置功能。

-1:無通道專用的參考點設置功能，NC 在沒有參考點設置功能的情況下起動。

0:無通道專用的參考點設置功能，NC 在具有參考點設置功能的情況下起動。

1—8:通道專用的參考點設置功能。這里輸入的數字與參考點設置順序相對應(當具有內容1 的所有坐標軸達到該參考點時，接著具有內容2 的各坐標軸起動，依次類推)。

2.2 報警分析

該機床采用的是西門子810D 數控系統，在搬遷前尚可正常使用，搬遷就位上電調試，出現上述故障，很明顯是由于搬遷導致。產生故障的原因應該有下面幾個:接線錯誤;電纜線斷線;電機編碼器損壞等。從故障現象來看Z軸存在飛車現象，是正反饋所導致，而X軸不能動作，也沒有報警，可能存在X軸、Z軸相互連接錯誤的現象。

3 檢修過程

首先檢查伺服系統的連接。檢查發現各連接電纜和動力線的連接均沒有錯誤，但是CCU3 上的X411接口插座的第23 管腳插針處于不正常狀態，已經被插頭壓彎，扳正的過程中折斷。由于無法斷定是以前就是這種狀態還是作者在修理過程中造成的，咨詢西門子，專家認為X411 上的針腳折斷無法補救，需要更換CCU3，這使作者非常擔心:如果是由于作者操作不慎導致X411 上的針腳折斷，那么就要重新購買CCU3，先撇開CCU3 價值好幾萬不說，這屬于責任事故。

首先想到的辦法是在23 腳上焊線接到相應的插頭管腳上，但是專家認為這個辦法不妥，而且作者以前維修過編碼器電纜斷線的故障，作者最先采取的辦法就是用飛線的辦法替代磨斷的信號線，但是會導致報警，最后還是購買新的電纜解決了問題，看來這個想法不可靠;第二個辦法是更換X411 接口插座，但是這個辦法需要焊板，比較麻煩，況且手上沒有合適的插座;作者采取的是第三個辦法，利用以前更換下來的CCU1 的前接口面板替換目前CCU3 上前接口面板，替換非常方便，裝上機床，出現了新的問題:系統NC 啟動失敗和PLC 連接失敗。作者總清了系統數據和PLC 數據，利用備份數據重新安裝系統，但依然出現上述故障，無奈換回原接口面板后，故障又恢復到原來的狀況。這樣可以肯定方法三也是不行的，既然機床通信都出現了中斷，說明CCU1 的前接口面板與CCU3 上前接口面板不能互換。

上網查詢西門子810D 相關資料，作者發現X411接口插座的第23 管腳沒有定義，現在看來這個管腳應該是很早就意外折彎的，由于沒有定義，故而不影響設備使用。虛驚一場。同時也排除了該因素導致機床故障的可能性。

接下來檢測了Z軸電機三相繞組、電機編碼器并更換編碼器電纜線均沒有發現問題，故障也沒有排除。再一個步驟就是在驅動器側更換三相相序，先換了兩相，無效，再換兩相故障還是沒有解決。至此能想到的辦法都用到了，維修陷入了困境。

晚上加班，周圍的環境安靜下來，繼續維修。這時發現了新的現象:Z軸電機在運行時有較輕微的嘯叫和振動的現象，而且在報警清除、電機處于待機狀態時，用手攀絲杠居然能夠轉動，電機“沒勁”!作者突然反應過來:這現象明顯是電機缺相。通過校電機動力線，發現驅動器側本應接地的黃綠線居然連接到了電機動力線插頭的U 相，電機動力線插頭接到了驅動器側輸出接頭的W 相。故障原因明確了:上述接法無論怎么更換相序，總會缺一相。重新接好動力線故障排除。

事后查明，原來是電工在搬遷時不慎把Z軸電機動力線插頭的芯子拔了出來，又沒有檢查核對就隨便把芯子插了回去。

上述案例暴露出一個問題:西門子611D 伺服驅動系統設計上存在安全隱患，沒有缺相或短路檢測，發生缺相無法及時報警，特別是有相線接到了伺服電機的接地端上依然沒有報警，只是運動時產生飛車后才出現其他內容的報警，不直觀，給故障判斷帶來不少麻煩。

4 結束語

該設備維修完成不久，另一臺設備搬遷后也出現了一伺服軸上電飛車的現象，同時也有300608 等報警號出現，現場調試人員打電話咨詢作者，作者給他們的建議就是對該伺服軸換相，他們調了兩次相線后，機床就恢復了正常。

通過這兩次案例維修，說明在設備搬遷工作中不夠嚴謹，特別是在拆線時沒有全部做好標識，結果在設備就位調試時出現不少莫名其妙的故障，給生產和維修帶來不必要的麻煩和影響。所以對于機床電器而言，搬遷時要特別注意對電線電纜的防護，避免受到拉扯、擠壓、磨損;對光柵尺等重要檢測元件要避免碰撞、擠壓。

［1］CK61100 機床說明書［M］.

［2］西門子810D 簡明調試手冊［M］.