数控维修--SIEMENS 伺服系统的故障诊断二

3．6SC610系列常见故障及处理

6SC610伺服驱动器最常见的故障是电源模块与调节器模块的故障。

电源模块(G0)上设有4个故障指示灯，由下到上依次为V1、V2、V3、V4、各指示灯代表的含义如下： V1：驱动器发生报警(Σ故障)。 V2：驱动器±15V辅助电源故障。 V3：直流母线过电压。V4：驱动器端子63/未加使能信号。 调节器模块中对于每一轴都设有4个故障指示灯，由上到下依次为V1(V5、V9)，V2 (V6、V10)，V3(V7、V11)，V4(V8，V12)。其中，V1、V2、V3、V4为第一轴；V5、 V6、V7、V8为第二轴；V9、V10、V11、V1 2为第三轴。各指示灯代表的含义如下：V1(V5、V9)：测速反馈报警。 V2(V6、V10)：速度调节器达到输出极限。 V3(V7、V11)：驱动器过载报警(I2t监控)。 V4(V8，V12)：伺服电动机过热。

当驱动器发生报警时，相应的报警指示灯亮，在不同的故障情况下，故障指示灯的显示及可能的原因见.

以上故障中，最常见的有以下几种： 1)速度调节器监控V2(V6、V10)指示灯亮。故障原因有： ①驱动器或电动机的三相电源线或电枢线相序错误，驱动器功率模块上的L1、L2、L3未与电动机的U、V、W端子一一对应。 ②控制电缆连接不良。调节器模块到各功率板模块间的信号通过一副扁平电缆相连接，电缆一端50芯插头插在调节器模块的X211插座上，另一端16芯(或34芯)插头插在功率模块的X211插座上，当此电缆连接不良时，将产生“速度监控”报警。 ③电动机反馈电缆和电动机电枢线连接错误，测速反馈电缆与功率模块、电动机必须一一对应。 ④反馈电缆中的信号线断，这时将产生“速度监控”报警，同时电动机严重振荡。 2)运转过程中速度监控和I2t同时报警，V2(V6，V10)和V3(V7，V11)指示灯同时亮。可能的原因有： 1)功率模块与电动机不匹配，在功率模块驱动能力不足时，功率管长时间处于最大负载状态，导致I2t监控与速度监控报警。 2)功率模块和电动机的匹配正确，但负载转矩大于电动机的额定转矩，导致功率模块长时间都处于过载状态，导致

I2t监控、速度监控和电动机过热报警，V4(V8，V12)指示灯亮。 3)由于机械部分的装配问题，导致电动机连续过载，引起I2t和速度监控报警。 判断电动机是否过载、机械部分是否调试得当，可采用以下方法： 用万用表的直流电压档，“+”表笔接测试孔，“—”表笔接调节器模块对应轴的W测试孔。在驱动器工作状态下测量电压值，这一电压值应在0~±10V范围，符号表示电流的方向，其中10V对应于调节器模块设定的电流量最大值Imax。 例如，电动机为1FT5072-0AC01(电动机额定电流Ie=15.6A)，功率模块选用A40(40/80A)，调节器模块设定的最大电流为Imax=54.4A，从W测试孔测得的电压值为2.8V，则通过下式可算出电动机实际工作电流为 驱动器在起动和制动过程中，将在最大电流Imax下进行起动和制动，在正常工作时计算电流不得大于电动机额定电流Ie，否则将产生I2t监控。 1．61lA系列伺服驱动系统的基本组成 61lA系列产品为SIEMENS公司在6SC610基础上改进的模拟型交流伺服驱动产品，驱动器直流母线电压为600V/625V，可以直接与380V/400V电网连接。伺服进给轴最大输出转矩可达185N·m，额定转速从1500r/min到8000r/min；主轴最大输出功率可达76kW，最高转速可达到18000r/min。 61lA交流伺服驱动器主要由如下组件组成： (1)电源模块 61lA电源模块有非受控电源(UE)模块与可控电源(I/R)模块两种基本结构形式，用来提供伺服驱动的DC600V/625V直流母线电压。 非受控电源模块(UE)，主回路采用二极管整流，通过制动电阻释放因电动机制动，电源波动产生的能量，保持直流母线电压的基本不变，因此，一般用于小功率，特别是制动能量较小的场合。 可控电源模块(I/R)，主回路采用晶体管整流，PWM闭环控制，它可以通过再生制动方式，将直流母线上的能量回馈电网，用于大功率、制动频繁、回馈能量大的场合。 电源模块由整流电抗器(内置式或外置式)、整流模块、预充电控制电路、制动电阻以及相应的接触器、检测、监控电路组成。 驱动器与运行有关的重要参数，如：直流母线电压、辅助控制电源±15V电压、+5V电压，以及电源电压过低与缺相都在电源模块中进行监控，并作为“驱动器准备好”的先决条件。 电源模块带有预充电控制与浪涌电流环节，预充电完成后自动闭合主回路接触器，提供DC600V/625V直流回线电压。

(2)进给驱动模块 进给驱动模块主要由逆变主回路、速度调节器、电流调节器、使

能控制电路和轴监控电路等部分组成。在结构上，进给驱动模块可以分为控制模块与功率模块两大部分，并分单轴模块与双轴两种类型。 进给驱动模块逆变主回路的电源及辅助控制电源由电源模块提供，采用速度、电流双闭环模拟量控制。速度调节器采用自适应PI调节器，低速时能通过改变积分时间与比例增益使控制性能达到最佳。速度给定为±10V模拟量差动输入，速度反馈信号来自伺服电动机内置式IFU测速发电机，额定转速时的测速发电机输出电压为40V。 速度调节器的比例增益(KP)、积分时间(TN)、速度漂移，以及测速反馈电压均可以通过的电位器进行调整与设定。 电流调节器亦采用PI调节器，但调节器参数，如：电流极限、比例增益等，不能通过电位器调节，它必须通过模块上的设定开关使之与控制电动机相匹配。 通过设定开关的设定或外部控制信号，驱动器还可以使进给轴进入电流(转矩)控制方式下运行。

(3)主轴驱动模块 主轴驱动模块可以与SIEMENS、IPH6、IPH4、IPH2主轴电动机配套，构成交流主轴驱动系统，具体性能见第7章“主轴驱动系统的故障诊断与维修”中的相关内容。

2．61lA系列伺服驱动系统的状态显示 (1)电源模块的状态显示 61lA系列伺服驱动器电源模块(UE或I/R)设有6个状态指示灯(LED)，其相对位置及其含义如下： V1－O O－V2 V1：SPP(红)，辅助控制电源±15V故障指示灯。 V3－O O－V4 V2：5V(红)，辅助控制电源+5V故障指示灯。 V5－O O－V6 V3：EXT(绿)，电源模块未加“使能”指示灯。 V4：UNIT(黄)，电源模块准备好指示灯。 V5：≈(红)，电源模块电源输入故障指示灯。 V6：UZK》(红)，直流母线过电压指示灯。 当电源模块直流母线预充电完成，监控模块电源模块无故障时，电源模块准备好(UNIT)灯亮，其余指示灯灭，同时“准备好”继电器吸合，并输出触点信号。V4指示灯不亮的原因有： ①直流母线电压过高。 ②+5V电压太低。 ③输入电源过低或缺相。 ④与电源模块相连接的轴驱动模块存在故障。 (2)标准进给驱动模块的状态显示 标准进给模块设有“轴故障”(H1)与电动机/电缆连接故障(H2)两个红色状态指示灯，其含义如下： H1(轴故障)指示灯亮，表明驱动器出现故障，可能的原因有： ①速度调节器到达输出极限。 ②驱动模块超过了允许的温升。 ③伺服电动机超过了允许的温升。 ④电

动机与驱动器电缆连接不良。 H2(电动机/电缆连接故障)指示灯亮，表明监控电路检测来自伺服电动机的故障，可能的原因有： ①测速反馈电缆连接不良。 ②伺服电动机内装式测速发电机故障。 ③伺服电动机内装式转子位置检测故障。 (3)带扩展接口的进给驱动模块状态显示 当使用扩展接口的进给驱动模块时，可以通过7段数码管指示驱动器的工作状态。7段显示的含义如下：

参数板末插入驱动器。 ：脉冲使能(端子663)、速度控制使能(端子65)信号末加入。 ：脉冲使能(端子663)未加入，速度控制使能(端子65)信号已加入。 ：脉冲使能(端子663)已加入，速度控制使能(端子65)信号未加入。 ：脉冲使能、速度控制使能信号已加入。 1：I2t监控，驱动器连续过载。 2：转子位置检测器不良。 3：伺服电动机过热。 4：测速发电动机不良。 5：速度控制器达到输出极限，引起I2t报警。 6：速度控制器达到输出极限。 7：实际电动机电流为零，电动机线联接不良。 611伺服驱动器的故障与610系列基本相同，维修时可根据故障现象参见表5-25进行。 1．611U/Ue数字式交流伺服驱动系统基本组成 SIEMENS 611U/Ue是目前SIEMENS常用的交流数字式伺服驱动系统，其基本结构与611A相似，采用模块化安装方式，主轴与各伺服驱动单元共用电源。用于进给驱动的伺服驱动模块有单轴与双轴两种结构型式，带有PROFIBUS DP总线接口。 驱动器内部带有FEPROM(non-volatile data memory，非易失可擦写存储器)，用于存储系统软件与用户数据，驱动器的调整、动态优化可以在W1NDOWS环境下，通过SimoComU软件自动进行，安装、调整十分方便。 驱动器由整流电抗器(或伺服变压器)、电源模块(NE module)、功率模块(Power module)、611控制模块等组成：电源模块自成单元，功率模块、611控制模块、PROFIBUS DP总线接口模块组成轴驱动单元。各驱动器单元间共用611直流母线与控制总线，并通过PROFIBUS DP总线，与SIEMENS 802D/810D/840D系统相连接，组成数控机计算机的伺服驱动系统。其中电源模块与进给模块的示意图如图5-19所示。 2．611U/Ue数字式交流伺服驱动器的状态显示 (1)电源模块的状态显示 与61lA驱动器相似，611U/Ue系列数字伺服驱动器电源模块(UE或I/R)设有6个状态指示灯(LED)，其相对位置及其含义如下： V1－OO－V2 V1：DCl5V控制电源故障。 V3－OO－V4 V2：DC5V控制电源故障。 V5－OO－V6 V3：

电源模块未“使能”。 V4：电源模块已“使能”，直流母线己充电。 V5：进线电源故障。 V6：直流母线电压过高。 (2)标准进给驱动模块的状态显示 611U/Ue系列数字伺服驱动单元的状态显示，可以通过驱动控制板上的6只数码管进行，它可以详细显示驱动器的状态与报警号。6只数码管显示的基本作用如下：

4)驱动器“使能”后，电动机即开始旋转 驱动器“使能”后，电动机即开始旋转可能的原因如下：①驱动器参数设定错误。 ②数控系统参数设定错误。 5)电动机转速太低(小于50r/min)电动机转速太低(小于50r/min)，可能的原因如下： ①编码器脉冲数设定错误。 ②电动机相序错误。 ③轴控制模块故障。 6)驱动器“使能”后，电动机出现短时旋转 驱动器“使能”后，电动机出现短时旋转，可能的原因如下： ①电源模块不良。 ②电动机编码器连接错误。 ③编码器不良。 3．611U/Ue数字式交流伺服驱动器的初始化 3．611U/Ue数字式交流伺服驱动器的初始化

611U/Ue驱动器的调整与设定，不需要通过硬件进行，它可以直接使用Simo ComU软件进行设定与优化。驱动器的初始化设定，其操作步骤如下(以802D系统为例)。 1)利用“驱动器调试电缆”，将调试计算机与611UE的X471接口联接。 2)接通驱动器电源，此时611UE的状态显示为“A1106”，表示驱动器没有安装正确的数据：同时驱动器上R/F红灯、总线接口模块上的红灯亮。 3)从WINDOWS的“开始”菜单中找出驱动器调试软件SimoComU，并运行。 4)选择驱动器与计算机的联机方式。 5)进入联机画面后，计算机自动进入参数设定画面，在软件的提示下进行以下参数设定： ①命名轴名：例如：XK7136-X。 ②根据模块的类型与安装位置，输入PROFIBUS总线地址，不同位置的总线地址见表5-26。

③设定电动机型号。 ④设定电动机位置检测元器件。 ⑤设定直接位置测量系统。 ⑥存储参数。 6)此时，611UE的R/F红灯灭；状态显示为“A0831”，表示总线数据已经进行通信；总线接口模块上的绿灯亮。 7)完成以上调试后，若电源模块的端子48、63、分别与端子9接通，电源模块的黄灯亮，表示电源模块已使能，驱动器进入正常工作状态。 在进行设定时应注意： 1)RS-232通信电缆不可以进行带电插、拔，因为这样有可能损坏通信接口。 2)只有在CNC侧的“总线配置”、 “驱动器模块定位”和“位置控制使能”三组参数调试完毕后，电源模块的“就绪”信号(内部继电器触点：端子73.1与72)才能闭合。 3)在完成驱动器的设定后，还需要进行驱动器的动态调整(参数优化)，这一操作要在电源模块的“准备好”信号生效后方可进行，详见下述。

4．611U/Ue数字式交流伺服驱动器参数的优化

在完成驱动器的设定后，需要对驱动器的速度环动态特性进行调试，然后才能进行位置环调试。611U/Ue的驱动器的速度环动态特性优化，可以通过SimoComU软件自动进行。优化驱动器的速度给定，由PC机以数字量给出，无须CNC控制。 驱动器速度环动态特性优化的操作步骤如下： 1)利用“驱动器调试电缆”，将调试计算机与611UE的X471接口联接。 2)如果需要对带制动的电动机进行优化，应设定对应的NC通用参数，如：对于802D为MDl4512[18]的第2位为“1”(优化完毕后恢复“1”)。 3)接通驱动器的使能信号(电源模块端子T48、T63和T与T9接通)，并将坐标轴移动到工作台的中间位置，因为驱动器优化时，电动机将自动旋转大约两转。 4)运行工具软件SimoComU。 5)选择联机方式。 6)选择“PC”控制方式，并通过“OK'?确认。 7)选择控制器子目录(Controller)。 8)选择“NoneOfthese”。 9)选择自动速度控制器优化：“Execute automatic speed controller setting”。 10)进入优化后，选择“Execute stepsl-4”(1~4步)自动执行如下优化过程： ①分析机械特性一(电动机正转，带制动电动机的制动器应松开)。 ②分析机械特性二(电动机反转，带制动电动机的制动器应松开)。 ⑧电流环测试(电动机静止，带制动电动机的制动器应夹紧)。 ④参数优化计算。 当执行完“b”后，SimoComU会出现提示：“电流环优化，垂直轴的电动机制动器一定要夹紧，以防止坐标轴下滑”，此时对于带制动电动机必须夹紧制动器，以防止坐标轴的下滑。

通过以上调整，在驱动器无硬件故障时，即可进行正常工作。