應用GHOST 解決西門子840D 中PCU 系統故障

王詩凱，何 佳，姚佳維

（上海工具廠有限公司，上海 200093）

1 西門子840D 數控系統及其PCU 簡介

西門子840D 系列數控系統其HMI 人機對話界面主要通過后臺NCU 和PCU 兩個系統控制。其中NCU 以Linux 系統為基礎，PCU 則以Windows 系統為基礎，考慮其維護和OEM 二次開發的兼容性及兩大操作系統在民用、商用、工業等領域的占比。目前就工廠所引進的各類數控機床及外廠服務中所見，基本以搭載PCU 為主。

西門子840D 系列數控系統中搭載的PCU，即PC 單元，可以理解為一臺功能強大的工業計算機。它有自己獨立的CPU、內存、電源，可以搭載硬盤，包含USB、RJ45 標準網絡、串口、DVI視頻等接口。OP 單元是這臺計算機的顯示器。PCU 主要用于人機可視化交互，如操作、程序編輯、診斷等前臺程序的運行，近幾年PCU 更新較快，依賴其運行的Windows 系統也已從早期的Windows NT 發展到Windows XP 及當今的Windows 7，最新的型號是PCU 50.5 是基于Windows 7 系統開發及運行的。

2 PCU 系統故障現象

工廠中一臺新引進搭載840D 數控系統的中高端進口專用機床，在經過外方和內部調試驗收后開始正常使用約半年后，從偶爾發生系統啟動緩慢，逐漸發展到在其HMI 面板中操作各類控制指令會出現屏幕卡滯和機床實際運行與其不同步現象，對機床的正常運行和人員對產品的正常校車安全性產生極大的隱患。對可能的故障進行排查并分析。

（1）機床定置位于工廠內較為開闊的區域，沒有具備獨立的空調制冷或除濕機除濕，恰巧初次發生故障節點為6 月中旬，天氣潮濕悶熱。考慮其運行環境后，先對電氣柜內自帶空調進行制冷檢測，通過溫度計及濾網檢測發現制冷情況良好，排除過熱因素。其次，早晚首次開機前人工觀察各電氣接口處是否存在水汽及接口氧化情況，結果均正常，排除水汽致使接口氧化引起接觸不良，影響PCU 系統控制端問題。

（2）電壓波動的可能性，通過一周內連續多次使用多用表對機床380 V 電源及電氣柜內部用于供給PLC 的24 V 開關電源進行測壓，結果也均在范圍內，排除電壓波動引起PLC 控制異常反應到PCU 系統控制端問題。

（3）通過巡查發現該機床操作員會使用機床HMI 面板中所帶USB 接口連接手機，經詢問僅利用其接口充電（后期對操作員警告并通知所在工段長，數控設備USB 接口不得隨意使用），排除PCU 系統病毒感染的風險。

（4）由于故障現象主要為系統運行卡滯和緩慢，從PCU 系統的硬件上考慮，其系統均安裝在硬盤中而不是CF 卡中，懷疑硬盤可能存在壞道或數據線接線不良引起。拆開HMI 后面板露出PCU 系統設備，再經過拆解后發現其搭載為Intel SSD 固態硬盤而非傳統的機械硬盤，磁盤壞道的可能性幾乎為零。對SATA 數據接口檢測，接口緊實正常無氧化，數據線無明顯外傷和形變（圖1）。

圖1 PCU 模塊與硬盤

（5）在確認正常使用設備及設備運行環境能滿足其基本需求的情況下，只能聯系外方技術員通過PCU 系統中TeamViewer 遠程監控840D 系統及OEM 軟件的運行參數，在監控過程中由于只對840D 系統及OEM 軟件的運行參數監控而忽視了其都運行在Windows 7 系統上，所以在多次連線監控過程中都未發現異樣。由于需要為TeamViewer 遠程軟件聯網配置IP 地址，故從外方獲取高級管員賬戶和密碼，以便登入PCU 中Windows 7 系統，為后續發現問題提供了線索（圖2）。

圖2 使用高級管員賬戶和密碼登入Windows 7 系統

3 最終故障點的發現及解決方案

使用高級管員賬戶和密碼即可登入PCU 中Windows 7 系統。在為TeamViewer 遠程監控配置聯網IP 過程中偶然看到C盤分區僅為20 GB，且幾乎已完全占用，只余約600 MB 左右可用空間。根據多年的日常維修經驗，基本斷定C 盤分區可用空間不足，是造成系統卡滯運行緩慢但不藍屏或跳黑的原因。

在發現故障點后，針對C 盤分區空間不足問題，可采用兩套方案：①軟方案：利用系統自帶工具進行磁盤清理釋放空間，并檢查系統還原功能是否開啟及KB2555428 補丁是否安裝。該補丁用于解決Windows 7 和Windows 7 SP1 中存在的一個啟動緩慢的問題。微軟證實，如果用戶在計算機中創建了太多的系統還原點，在啟動系統時速度會非常慢。每個還原點都會創建一個Windows 快照，而Volsnap.sys 在系統啟動進程中必須要進行驗證。當創建了太多的還原點，ReadyBoot 功能的引導就可能會超過512 KB 的限制，從而導致啟動I/O 操作無法預緩存，因此啟動過程就會非常慢；②硬方案：利用系統自帶工具或第三方軟件進行系統備份及調整分區大小，從根本上解決C 盤可用空間不足的窘境。

4 方案的實施及效果

4.1 軟方案的實施及效果

由于Windows 7 系統一般安裝后只占用磁盤空間6～8 GB，外加840D 數控系統和廠商OEM 軟件，理論上估計總占用空間應該不會超過15 GB。通過Windows 系統自帶磁盤管理工具，對C 盤中的臨時文件、緩存、垃圾文件和早期的還原點清理后釋放出約3 GB 的空間。在檢查系統歷史更新中發現KB2555428 補丁并未更新，考慮其是作為840D 數控系統運作平臺的專用PC，且系統為英文版，擔心隨意更新會對840D 數控系統和廠商OEM 軟件運作有影響。故放棄手動安裝更新補丁，改為關閉系統還原保護，禁止其繼續創建還原點文件。經過現場測試，整個PCU 系統運作順暢很多，但在經過1 個多月的運行后又發生原始故障現象。再次登錄Windows 7 系統后查看發現C 盤可用空間又被占滿，但這次通過磁盤清理后只釋放出1 GB 左右空間，無故占用磁盤空間問題不在Windows 7 系統本身，可能是840D數控系統或廠家OEM 軟件，只能嘗試采取硬方案。

4.2 硬方案的實施及效果

4.2.1 方案的實施原因

采取硬方案直接通過調整分區容量的方式，擴大C 盤分區容量。軟方案已經證明了擴大C 盤可用空間對PCU 系統運行順暢是有效的，其次之前外方技術員已對840D 數控系統和OEM軟件的運行進行過多次監控，并未發現異常。所以再次聯系外方技術員告知目前情況的同時，由于其再次監控排查及更新OEM 軟件等還需時間，不如擴大C 盤分區容量直接有效。

4.2.2 方案的實施步驟及細節

在確定擴大C 盤分區容量后，優先考慮西門子Service Center 功能對全盤進行備份，而后采用Windows 7 系統自帶磁盤管理工具可對分區大小進行調整，但考慮其為英文界面且初次使用，不如中文版操作直觀，且D 盤分區還保存部分OEM 軟件數據，故把握性不大，放棄該方法。

最后決定使用較為常用方法：①將HMI 背板拆開；②取下SSD 固態硬盤（圖1）；③連接USB 轉SATA 數據線和外置電源模塊（圖3）；④與電腦連接，識別為USB 硬盤模式；⑤在該電腦上安裝GHOST 軟件；⑥使用GHOST 對SSD 固態硬盤全分區備份；⑦使用GHOST 對全分區進行鏡像還原并同步調整分區大小；⑧斷電拆線裝回SSD 固態硬盤；⑨開機檢驗。

圖3 USB 轉SATA 數據線和外置電源模塊

4.2.3 利用GHOST 全分區備份還原及調整分區大小

Ghost 主畫面操作分為復制、備份可分為硬盤（Disk）和磁盤分區（Partition）兩種。其中：Disk——表示硬盤功能選項、Partition——表示磁盤分 區 功 能 選 項、Check——表示檢查功能選項。本次采用硬盤全分區備份功能故選用Disk鍵后展開：To Disk（硬盤復制）、To Image（硬盤備份）、From Image（備份還原）（圖4）。

圖4 Ghost 主畫面

（1）全分區備份：選擇To Image（硬盤備份）鍵→選擇來源硬盤Source drive 的位置→選擇備份檔案儲存的位置→按“OK”后，出現確認選擇“YES”即開使執行備份。備份完成后會在所保存目錄形成以一個gho 為首多個連續ghs 后綴名的鏡像文件（圖5），并可通過GhostExp（gho、ghs 文件查看器）軟件查看備份內容是否正確（圖6）。可見該硬盤存在3 個分區，SystemRese 為引導分區（Windows 7 特有）、System 為系統分區（C 盤）、Data 為數據分區（D 盤），可展開查看內部具體文件。

圖5 備份后形成的鏡像文件

圖6 通過GhostExp 軟件查看備份內容

（2）全分區還原及同步調整分區大小：選擇From Image（備份還原）鍵→選擇要還原的硬盤Destination drive→在硬盤還原（復制）窗口，可依據使用要求設定分區大小（見圖7）→按“OK”后，出現確認選擇“YES”即開使執行還原。圖7 中已將C 盤從原始（OldSize）20 GB 重新調整（NewSize）為60 GB，從DateSize（磁盤數據）選項卡中可以看到C 盤已存儲數據容量約18 GB，D 盤為220 MB 故調整對D 盤無影響。由于GHOST 自帶分區功能，故可以不用第三方軟件進行提前分區調整。

圖7 硬盤還原（復制）窗口

4.2.4 方案的實施效果及后期跟蹤情況

通過DiskGenius 進行重新分區后再用GHOST 對各分區鏡像還原，相當于系統和各軟件無損重裝，完整保留了全部數據。機床通電，PCU 系統運行正常，在將C 盤分區從原20 GB 擴展到60 GB 后，運行速度也回到了新機時的順暢。同時也將此情況通知外方技術員，并把備份的鏡像文件發送給對方，讓其能更直接的查詢原因。

后期在經過1 年多的運行和巡查中，發現C 盤分區可用容量的確在不斷縮小，不過可用容量縮小到27.4 GB 時就不再縮小，系統運行也無任何變化。在詢問外方技術員的過程中，也沒有得到明確的答復和更新包。只能通過實踐判斷，可能是廠方OEM 軟件在運行中的確需要產生大量的緩存或臨時文件。

不過最終通過利用GHOST 鏡像備份還原的方式，解決了由于C 盤分區可用空間不足而引起PCU 系統卡滯緩慢的特定故障。該設備已順暢運行2 年時間，基本判定該方案實施成功。

5 結束語

在此次故障解決過程中，前期的機電和PLC 檢查均由工廠保養組完成，包括840D 系統和OEM 軟件也由外方技術員檢查。維修人員只在配置網絡IP 地址幫助其全程診斷時偶然發現異常，結合自身日常工作中的經驗，并大膽進行故障診斷與維修。隨著技術的發展，數控系統的軟硬件配置也越發先進，但數控系統維修不僅要從機電PLC 等傳統專業手段上入手診斷，也要大膽運用日常工作中積累的知識經驗，觸類旁通的發現問題、排除故障。