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(huì)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(duì)外部動(dòng)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(bào)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(shí)代的到來(lái)，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(tái)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(wèn)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(shí)際不是硬件本身的隱蔽性故障，筆者將列舉相關(guān)故障實(shí)例進(jìn)行分析。

1 故障產(chǎn)生及現(xiàn)場(chǎng)狀況

公司新廠房落成，進(jìn)行設(shè)備搬遷，一車間廠房5號(hào)初加工生產(chǎn)線10余臺(tái)數(shù)控設(shè)備搬遷完畢后，開(kāi)始進(jìn)行通電聯(lián)機(jī)調(diào)試，其中第七號(hào)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(kāi)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，時(shí)不時(shí)數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)通訊錯(cuò)誤報(bào)警，而且數(shù)控系統(tǒng)的電源模塊故障報(bào)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(wàn)用表檢查機(jī)床電源供電線路正常AC380V，測(cè)量測(cè)量611D電源模相序間以及對(duì)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(bào)警。

2 排除法確定故障源

從能正常啟動(dòng)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(cuò)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(bào)警又可能是引發(fā)系統(tǒng)出現(xiàn)通訊錯(cuò)誤報(bào)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(bào)警？從西門子的安裝調(diào)試手冊(cè)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(shí)際情況進(jìn)行撥碼開(kāi)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(jí)的AC415V，依舊會(huì)出現(xiàn)同樣的故障；此時(shí)再?gòu)臋C(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(cè)供電的穩(wěn)定性，使用萬(wàn)用表監(jiān)控配電箱的電源相電壓，發(fā)現(xiàn)在監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)會(huì)時(shí)不時(shí)出現(xiàn)一段時(shí)間的800V以上的讀數(shù)值，保持時(shí)間甚至達(dá)到了幾十秒，當(dāng)出現(xiàn)升壓讀數(shù)時(shí)，數(shù)控磨床就會(huì)出現(xiàn)報(bào)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(guò)檢查車間的供電電路方式得知，車間動(dòng)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(hào)生產(chǎn)線的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床位置的動(dòng)力箱（相當(dāng)于檢查配電房源頭的供電情況），沒(méi)有出現(xiàn)升壓現(xiàn)象，排除了配電房供電電網(wǎng)，然后通過(guò)測(cè)量第二臺(tái)到出現(xiàn)問(wèn)題的第七臺(tái)數(shù)控磨床的動(dòng)力箱供電電源，最終發(fā)現(xiàn)第六臺(tái)數(shù)控車床供電箱電源處，萬(wàn)用表讀值出現(xiàn)升壓現(xiàn)象，把第六臺(tái)設(shè)備停止運(yùn)行關(guān)閉電源后，升壓現(xiàn)象消失，而此時(shí)第七臺(tái)也可以正常使用，電源模塊及數(shù)控系統(tǒng)不再報(bào)警。因此可確定，第六臺(tái)就是引起電網(wǎng)波動(dòng)及第七臺(tái)產(chǎn)生故障源頭。

3 分析引發(fā)原因

第六臺(tái)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(dòng)力線路如圖所示，電源從總斷路器饋電后，經(jīng)過(guò)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(lái)說(shuō)，611U系列模塊為模擬量控制模塊，其由802S數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)±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(hào)以三相正弦波信號(hào)接入數(shù)控系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行位置計(jì)算及制動(dòng)，而611U模塊在進(jìn)行伺服電機(jī)的制動(dòng)時(shí)，沒(méi)有使用外接制動(dòng)電阻，在快速制動(dòng)時(shí)，本身無(wú)法消耗電機(jī)的制動(dòng)反作用勢(shì)能，一部分勢(shì)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(tái)的報(bào)警，而另一方面，第七臺(tái)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(guò)SIEMENS 840D數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算后，以數(shù)字信號(hào)通訊611D數(shù)字模塊，進(jìn)行提前制動(dòng)，其制動(dòng)勢(shì)能對(duì)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(tái)數(shù)控曲軸磨床單獨(dú)提供一個(gè)穩(wěn)壓電源或者進(jìn)線電抗器，通過(guò)此類裝置隔斷短時(shí)間升壓對(duì)其數(shù)控系統(tǒng)的影響，從而消除報(bào)警，但此方法比較片面，僅保障了第七臺(tái)機(jī)床。二、對(duì)引起升壓的第六臺(tái)數(shù)控車床進(jìn)行升級(jí)改造，在主動(dòng)力線上增加一個(gè)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(duì)電網(wǎng)的影響，同時(shí)也消除其他精密數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)報(bào)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(gè)西門子電抗器（6SN1111-0AA00-0BA1），實(shí)現(xiàn)了消除故障源，5號(hào)生產(chǎn)線正常運(yùn)行生產(chǎn)?？偠灾?，數(shù)控設(shè)備的精密程度越高，其對(duì)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(duì)外部環(huán)境要求較低，或者在設(shè)計(jì)上局限性，必然對(duì)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(guò)優(yōu)化升級(jí)改造優(yōu)化線路，從而來(lái)保障所有設(shè)備的正常運(yùn)行。

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