加工中心開關電源引起的故障分析

梁 毅

(中國工程物理研究院機械制造工藝研究所，四川綿陽 621900)

現在的一些建立在Windows NT平臺的SOFT型開放式CNC數控系統和一些工控機控制的電加工機床均使用計算機。為確保計算機系統的正常運轉，計算機需要恒定的電流供應。因為即使很小的電流波動也可能會導致數據丟失或系統崩潰。在所有的計算機中，都存在能提供恒定電流的開關電源。但在實際工作中，很多系統問題都是由開關電源故障引起，且這種電源引起的故障比較隱蔽，容易被忽視。

1 機床控制系統結構

加工中心配置為ACRAMATIC 2100E控制系統。ACRAMATIC 2100E是一種基于Windows NT平臺的SOFT型開放式CNC數控系統，使用雙PC母板及雙80486微處理器分別進行運算和機床實時控制，如圖1。計算機電源連接在WS工作處理器母板上，BB橋接板、各插件板以及RT實時處理器母板都通過總線插槽獲得電源和通訊。

2 故障現象

機床多次出現Windows NT文件丟失和系統找不到硬件故障。最后一次出現系統文件丟失之前，機床啟動很慢，換新的系統硬盤后機床啟動慢的故障仍不能消除。

3 故障維修過程

最后一次出現系統文件丟失之前，機床啟動很慢。由于存儲器內存空間不足、內存條松動、硬盤出現壞道時均容易出現該故障，因此刪除硬盤上一些加工程序，重新接插各接口板和內存條，但機床啟動慢的故障沒有消除。

系統文件丟失后換新的系統硬盤，故障依舊。甚至有時啟動機床沒有任何反應，此時查看計算機電源發現風扇沒有工作，據此判斷計算機開關電源有故障。靜態實測電源結果:交流輸入為220 V，而輸出直流電壓5 V為4.94 V;－5 V為－4.83 V;12 V為11.34 V;－12 V為－11.37 V，即所有輸出直流電壓處于欠壓狀態，電源功率不夠，導致機床啟動很慢，需要更換開關電源。這種老式的AT電源在現有市場上買不到，而新的ATX電源給主板供電的輸出線接口與原主板不匹配，因此只能根據主板接口對新電源重新焊線，使其與主板接口相符。用350 W的ATX新電源后，系統啟動很快，機床運行半年多，以前出現的系統找不到硬件的故障再也沒出現。

4 故障原因分析

以前多次出現系統紅色報警:System Fail 8004E。該報警含義是電源錯誤，需要重啟系統，檢查電源。重新開機后機床能進入到機床操作界面，但伺服系統不能得電，不出現任何報警提示。通過啟動系統自診斷發現很多硬件沒有通過，結果如表1所示。

表1 系統啟動硬件自診斷

從診斷信息可知:系統無法識別橋接板RT接口、橋接板上的所有插件板以及實時處理器PC主板等硬件，而測試計算機輸出電壓正常，因此當時不懷疑電源有故障。出現該報警后，將所有的插接板拆下對其連接件的金手指清洗、去氧化膜、檢查各硬件連接板元器件無異常后安裝回原位后機床正常，因此總認為是系統硬件連接故障。

但是從最后一次維修可以排除硬件連接故障，故障原因應該出現在電源上。以前出現8004E報警(電源錯誤)后，靜態測量開關電源輸出電壓正常，但是沒有動態監視機床運行過程中電源的變化。原開關電源為老式的AT電源，功率230 W，經過10多年的使用，電器元件可能發生質變(就是元器件的技術參數與要求相差太遠，如電阻值增大、電容器容量變小、爆裂，三極管的β值變小、穿透電流變大、反向電阻變小、溫度特性變壞等)，這種元器件質變引起電源輸出電壓、功率的瞬間不足造成供電電流產生瞬態突變，從而影響總線、CPU、動態存儲器件和其他數字邏輯電路在運行中的邏輯狀態的高速轉換，因此有時開機時開關電源供電電流產生的瞬態突變影響系統的通訊暢通，從而出現找不到硬件情況的現象。硬盤內是高速運轉的磁頭和類似光碟的元件構成，供電電流產生瞬態突變會使高速運轉的磁頭突然減速，容易損傷磁頭和內部的磁盤表面，長時間的供電不足就會造成存放系統文件的物理扇區損壞，從而引起系統文件的丟失，導致系統崩潰。由于電源故障引起的機床系列故障一直沒有被發現，使得電源供電質量日趨下降，直到最后機床啟動緩慢的故障出現，才使電源的故障暴露，可見電源引起的故障具有很大的隱蔽性。

通過這例電源故障分析可知，開關電源的好壞直接關系著機床的穩定運行。開關電源為機床計算機提供能源，如果把電流比作血液，那么開關電源就是計算機的心臟。因此選配機床開關電源時一定要選擇功率較大的優質電源。平時對電源的硬件維護要注意防塵、防潮，以免灰塵影響電源元器件的熱量散發，潮氣引起元器件絕緣度下降。

5 結語

機床開關電源出現故障時表現形式多種多樣:系統找不到硬件;硬盤使用一段時間后出現壞道，硬盤出現物理扇區損壞而丟失文件;系統啟動慢等。這些故障原因都是開關電源輸出電壓偏低，電流不穩定等故障造成。而機床出現這些故障時，我們往往只注重主板、內存、CPU這些關鍵件的質量及接插件的連接問題，恰恰忽視了看似簡單的電源。電源帶來的故障一般比較隱蔽，容易被錯誤判斷。因此凡是使用開關電源的機床，在平時使用過程中應多監測電源輸出變化，當輸出電壓發生變化時要及時更換，否則日趨下降的的電源質量會影響機床整體工作的穩定性。

［1］廖明，廖芳.硬盤常見故障的分析及數據保護方法的探討［J］.計算機與信息技術，2007(6).

［2］梁毅，王志鵬，劉盛.一例加工中心軟件故障分析與排除［J］.制造技術與機床，2010(10):116－117.