淺談數(shù)控機(jī)床與饋電網(wǎng)的相互影響及故障處理

秦曉晨

摘 要：在日常使用中，數(shù)控設(shè)備不可避免會出現(xiàn)各種電氣及機(jī)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(jī)床本身引起的，在此以設(shè)備對外部動力電網(wǎng)的影響，及引發(fā)的機(jī)床故障為例，淺談數(shù)控設(shè)備與外部饋電的互相影響。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)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(yè)4.0時代的到來，智能化的數(shù)控機(jī)床的日益普及，極大提高了生產(chǎn)效率，公司目前數(shù)控機(jī)床使用數(shù)量占總設(shè)備數(shù)量的95%以上，僅我們分公司就有將近300多臺數(shù)控設(shè)備，其中又有很多是上世紀(jì)末及本世紀(jì)初的老舊設(shè)備，如何維護(hù)保養(yǎng)是一大難題，因其出現(xiàn)的問題是各種各樣，除了機(jī)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(xiàn)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(guān)故障實例進(jìn)行分析。

1 故障產(chǎn)生及現(xiàn)場狀況

公司新廠房落成，進(jìn)行設(shè)備搬遷，一車間廠房5號初加工生產(chǎn)線10余臺數(shù)控設(shè)備搬遷完畢后，開始進(jìn)行通電聯(lián)機(jī)調(diào)試，其中第七號數(shù)控曲軸磨床（孝感產(chǎn)，本世紀(jì)初生產(chǎn)，配西門子SIEMENS 840D數(shù)控系統(tǒng)+611D數(shù)字模塊），在開機(jī)運(yùn)行過程中，時不時數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)通訊錯誤報警，而且數(shù)控系統(tǒng)的電源模塊故障報警燈亮，筆者先檢查了機(jī)床系統(tǒng)拆機(jī)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(jī)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?zé)o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(jī)，但完成后依然出現(xiàn)模塊故障及系統(tǒng)報警。

2 排除法確定故障源

從能正常啟動機(jī)床運(yùn)行，以及檢查機(jī)床各部分接線，可以排除機(jī)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(tǒng)模塊的故障報警又可能是引發(fā)系統(tǒng)出現(xiàn)通訊錯誤報警的原因，目前需要進(jìn)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(diào)試手冊上可以知道，數(shù)控系統(tǒng)電源模塊工作輸入電壓，可根據(jù)實際情況進(jìn)行撥碼開關(guān)選擇檔位：撥碼有AC380V＼AC415V＼等檔位選擇，我們根據(jù)供電的AC380V選擇高一級的AC415V，依舊會出現(xiàn)同樣的故障；此時再從機(jī)床本身線路進(jìn)行分析，可看到外部饋電直接接到了機(jī)床的電源模塊，為檢測供電的穩(wěn)定性，使用萬用表監(jiān)控配電箱的電源相電壓，發(fā)現(xiàn)在監(jiān)測時間內(nèi)會時不時出現(xiàn)一段時間的800V以上的讀數(shù)值，保持時間甚至達(dá)到了幾十秒，當(dāng)出現(xiàn)升壓讀數(shù)時，數(shù)控磨床就會出現(xiàn)報警，把數(shù)控磨床關(guān)閉供電電源后，依然出現(xiàn)升壓現(xiàn)象，所以可排除本機(jī)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(tǒng)，各條生產(chǎn)線都獨(dú)立為從配電房引出的單回路三相五線制，我們首先監(jiān)控5號生產(chǎn)線的第一臺數(shù)控機(jī)床位置的動力箱（相當(dāng)于檢查配電房源頭的供電情況），沒有出現(xiàn)升壓現(xiàn)象，排除了配電房供電電網(wǎng)，然后通過測量第二臺到出現(xiàn)問題的第七臺數(shù)控磨床的動力箱供電電源，最終發(fā)現(xiàn)第六臺數(shù)控車床供電箱電源處，萬用表讀值出現(xiàn)升壓現(xiàn)象，把第六臺設(shè)備停止運(yùn)行關(guān)閉電源后，升壓現(xiàn)象消失，而此時第七臺也可以正常使用，電源模塊及數(shù)控系統(tǒng)不再報警。因此可確定，第六臺就是引起電網(wǎng)波動及第七臺產(chǎn)生故障源頭。

3 分析引發(fā)原因

第六臺設(shè)備為大連本世紀(jì)初生產(chǎn)，配西門子SIEMENS 802S+611U模擬量控制模塊的數(shù)控車床，總動力線路如圖所示，電源從總斷路器饋電后，經(jīng)過保護(hù)斷路器直接進(jìn)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(shù)控系統(tǒng)通過±10V的直流控制電壓輸入611U模塊，從而控制伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，伺服電機(jī)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(shù)控系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行位置計算及制動，而611U模塊在進(jìn)行伺服電機(jī)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(jī)的制動反作用勢能，一部分勢能將轉(zhuǎn)化為電能返回電網(wǎng)，從而引起了電網(wǎng)的升壓，所以引發(fā)出第七臺的報警，而另一方面，第七臺為數(shù)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(shù)控系統(tǒng)計算后，以數(shù)字信號通訊611D數(shù)字模塊，進(jìn)行提前制動，其制動勢能對饋電網(wǎng)影響很小。

4 解決辦法

要隔斷數(shù)控系統(tǒng)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(shù)控曲軸磨床單獨(dú)提供一個穩(wěn)壓電源或者進(jìn)線電抗器，通過此類裝置隔斷短時間升壓對其數(shù)控系統(tǒng)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(jī)床。二、對引起升壓的第六臺數(shù)控車床進(jìn)行升級改造，在主動力線上增加一個進(jìn)線電抗器，或者在其總電源處增加穩(wěn)壓電源，隔斷消除其對電網(wǎng)的影響，同時也消除其他精密數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)報警，比較全面。我們選用了第二種辦法，在數(shù)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(xiàn)了消除故障源，5號生產(chǎn)線正常運(yùn)行生產(chǎn)。總而言之，數(shù)控設(shè)備的精密程度越高，其對外部的供電要求也就越嚴(yán)格，部分早期的普通數(shù)控機(jī)床由于對外部環(huán)境要求較低，或者在設(shè)計上局限性，必然對供電網(wǎng)產(chǎn)生影響，從而影響其他精密設(shè)備的正常運(yùn)行，可通過優(yōu)化升級改造優(yōu)化線路，從而來保障所有設(shè)備的正常運(yùn)行。

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