淺談數控機床與饋電網的相互影響及故障處理

秦曉晨

摘 要：在日常使用中，數控設備不可避免會出現各種電氣及機械故障，有的故障源比較明顯，但有一部分故障源比較隱蔽，而且有些并不是機床本身引起的，在此以設備對外部動力電網的影響，及引發的機床故障為例，淺談數控設備與外部饋電的互相影響。

關鍵詞：數控機床；報警；升壓；電抗器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.251

0 引言

隨著工業4.0時代的到來，智能化的數控機床的日益普及，極大提高了生產效率，公司目前數控機床使用數量占總設備數量的95%以上，僅我們分公司就有將近300多臺數控設備，其中又有很多是上世紀末及本世紀初的老舊設備，如何維護保養是一大難題，因其出現的問題是各種各樣，除了機械原因外，在電氣方面，有硬件本身，線路故障等，還有一部分表現為硬件故障，卻實際不是硬件本身的隱蔽性故障，筆者將列舉相關故障實例進行分析。

1 故障產生及現場狀況

公司新廠房落成，進行設備搬遷，一車間廠房5號初加工生產線10余臺數控設備搬遷完畢后，開始進行通電聯機調試，其中第七號數控曲軸磨床（孝感產，本世紀初生產，配西門子SIEMENS 840D數控系統+611D數字模塊），在開機運行過程中，時不時數控系統出現通訊錯誤報警，而且數控系統的電源模塊故障報警燈亮，筆者先檢查了機床系統拆機后重新接線的部分及重要部件的屏蔽接線，各接線端子牢固且接法都正確，用萬用表檢查機床電源供電線路正常AC380V，測量測量611D電源模相序間以及對地無短路，懷疑電源模塊的控制IGBT模塊可能有硬件故障，決定更換新的電源模塊試機，但完成后依然出現模塊故障及系統報警。

2 排除法確定故障源

從能正常啟動機床運行，以及檢查機床各部分接線，可以排除機床接線錯誤引起的可能性，從更換新電源模塊從而又排除了硬件本身的原因，而系統模塊的故障報警又可能是引發系統出現通訊錯誤報警的原因，目前需要進行檢查診斷的是，什么原因引起電源模塊的報警？從西門子的安裝調試手冊上可以知道，數控系統電源模塊工作輸入電壓，可根據實際情況進行撥碼開關選擇檔位：撥碼有AC380V＼AC415V＼等檔位選擇，我們根據供電的AC380V選擇高一級的AC415V，依舊會出現同樣的故障；此時再從機床本身線路進行分析，可看到外部饋電直接接到了機床的電源模塊，為檢測供電的穩定性，使用萬用表監控配電箱的電源相電壓，發現在監測時間內會時不時出現一段時間的800V以上的讀數值，保持時間甚至達到了幾十秒，當出現升壓讀數時，數控磨床就會出現報警，把數控磨床關閉供電電源后，依然出現升壓現象，所以可排除本機床引起，初步確定故障源頭為外部供電線路。

通過檢查車間的供電電路方式得知，車間動力線采用的是TN-S供電系統，各條生產線都獨立為從配電房引出的單回路三相五線制，我們首先監控5號生產線的第一臺數控機床位置的動力箱（相當于檢查配電房源頭的供電情況），沒有出現升壓現象，排除了配電房供電電網，然后通過測量第二臺到出現問題的第七臺數控磨床的動力箱供電電源，最終發現第六臺數控車床供電箱電源處，萬用表讀值出現升壓現象，把第六臺設備停止運行關閉電源后，升壓現象消失，而此時第七臺也可以正常使用，電源模塊及數控系統不再報警。因此可確定，第六臺就是引起電網波動及第七臺產生故障源頭。

3 分析引發原因

第六臺設備為大連本世紀初生產，配西門子SIEMENS 802S+611U模擬量控制模塊的數控車床，總動力線路如圖所示，電源從總斷路器饋電后，經過保護斷路器直接進入了電源模塊，從西門子模塊的工作方式來說，611U系列模塊為模擬量控制模塊，其由802S數控系統通過±10V的直流控制電壓輸入611U模塊，從而控制伺服電機的正反轉，伺服電機的光電編碼器把位置反饋給611U模塊，再把信號以三相正弦波信號接入數控系統，由數控系統進行位置計算及制動，而611U模塊在進行伺服電機的制動時，沒有使用外接制動電阻，在快速制動時，本身無法消耗電機的制動反作用勢能，一部分勢能將轉化為電能返回電網，從而引起了電網的升壓，所以引發出第七臺的報警，而另一方面，第七臺為數字化控制的611D系列模塊，其控制方式與611U不同，其位置控制通過SIEMENS 840D數控系統計算后，以數字信號通訊611D數字模塊，進行提前制動，其制動勢能對饋電網影響很小。

4 解決辦法

要隔斷數控系統模塊與饋電升壓的互相影響，可以采用的辦法有，一、給第七臺數控曲軸磨床單獨提供一個穩壓電源或者進線電抗器，通過此類裝置隔斷短時間升壓對其數控系統的影響，從而消除報警，但此方法比較片面，僅保障了第七臺機床。二、對引起升壓的第六臺數控車床進行升級改造，在主動力線上增加一個進線電抗器，或者在其總電源處增加穩壓電源，隔斷消除其對電網的影響，同時也消除其他精密數控設備出現報警，比較全面。我們選用了第二種辦法，在數控車床的供電主回流路中接入了一個西門子電抗器（6SN1111-0AA00-0BA1），實現了消除故障源，5號生產線正常運行生產?？偠灾?，數控設備的精密程度越高，其對外部的供電要求也就越嚴格，部分早期的普通數控機床由于對外部環境要求較低，或者在設計上局限性，必然對供電網產生影響，從而影響其他精密設備的正常運行，可通過優化升級改造優化線路，從而來保障所有設備的正常運行。

參考文獻：

[1]顏世鋼.電力電子技術問答[M].北京：機械工業出版社，2007.

[2]SINUMERIK 802S base line 簡明安裝調試[Z].北京：西門子（中國）有限公司，2007.

[3]SINUMERIK 810D/840D 簡明調試指南[Z].北京：西門子（中國）有限公司，2004.