西門子數控設備故障維修案例研究

辛生，崔寒緒

（北汽利戴工業技術服務（北京）有限公司，北京 100875）

目前，我國在很多領域都應用到了西門子控制系統，例如，3M、805 系統等在市面上的應用均十分廣泛，控制系統不同，適用的控制場合也不同。常見的故障類型包括軟件、硬件、PLC 控制系統和伺服系統故障，以下將針對不同故障類型的維修情況分別進行闡述。

1 軟件故障維修

數控設備的控制系統也是采用計算機系統進行控制，系統內部包含軟件和硬件兩個部分。其中軟件故障大多都是程序和數據方面的故障，當軟件故障發生之后會因系統指令不準確從而導致系統運行故障。對于軟件故障，只需針對具體異常情況進行數據恢復或者修正即可排除故障，以下將結合具體維修案例及維修方式進行分析。

（1）案例1：數控球道磨床控制系統開機后，一直不能進入操作界面，并提示錯誤。

球道磨床使用的控制系統為：西門子840D 系統。故障現象：系統開機后，出現異常顯示，報警界面顯示如圖1 所示。

圖1 西門子840D 系統錯誤顯示

檢查與分析：此系統中的MMC 裝置使用的是PCU50.1，PCU50.1 是一款針對工業領域應用的計算機類型，系統自帶操作硬盤，同時還可與下位機進行聯動。首次開機出現異常后，將系統關機靜待幾分鐘后重新開機，當系統進入Windows 系統引導界面后轉入Siemens軟件，軟件打開后再次提醒報警進入上述錯誤界面，同時系統運行終止。信息分析：上述界面顯示的軟件錯誤信息為“cannont open log file ”，即log 文件不能被正常打開；程序錯誤信息為“The volume does not contain a recognized file system”，說明磁盤中的部分信息不能被識別。結合實際應用情況可知，造成上述故障的原因可能與硬盤文件不全有關，即PCU50.1 硬盤文件丟失。

故障處理：可將PCU50.1 硬盤文件刪除后重新導入備份文件，恢復所丟失的文件。硬盤文件恢復并重新安裝后，重新開機，系統正常運行。

數控機床系統使用過程中，應做好西門子數控系統的數據備份工作。由于大部分生產現場的環境相對較差，數控系統在運行過程中也很容易受到外界因素的影響，從而導致系統或者硬盤故障，此時，則可使用備份數據快速恢復，系統故障即可快速被排除。

（2）案例2：外圓磨床系統開機后不能正常啟動，同時告警“2000 PLC sign-of-life monitoring”和“810004 Stop/abort event, error analysis via STEP7 required”。

外圓磨床使用的控制系統為：西門子810D 系統。

故障檢查與分析：當發現系統故障報警后，對控制系統的CCU 模塊進行檢查，發現數碼顯示“6”，檢查結果可見圖2，說明CCU 模塊運行正常；但SF 指示燈亮起，說明系統存在故障，同時PS 燈亮起，說明PLC 設備已經停止工作。

圖2 西門子810D 系統CCU3.4 模塊指示燈顯示

根據上述分析可知，可能是系統控制軟件出現異常，可優先對軟件進行檢測。

故障處理：因故障報警主要針對PLC，即系統控制程序可能出現異常。可將系統程序完全清除后，再重新下載備份文件，重新開機即可。通過備份操作后，系統正常開機。

為保證西門子系統的正常運行，需對程序文件進行備份。當系統控制模塊出現程序異常后，即可立即導入備用程序。因此，在系統運行過程，也要定期進行相關數據的備份工作，尤其是NC 和PLC，這樣當系統程序出現異常后即可快速恢復。

2 硬件故障維修

隨著自動控制系統的日益完善，目前的數控系統均采用先進的計算機控制方法。其中西門子擁有很多先進的計算器控制系統，如810D/840D 系統，除了上位機對下位機的控制外，NCU 模塊也能夠實現計算機控制。雖然硬件系統的控制性能越來越強，但在實際應用過程中，仍有可能受到外界因素的影響而出現故障。一般來說，當硬件部分出現故障時，只能通過更換部分零配件或者整個硬件設備的方式來解決故障。

（1）數控淬火機床啟動后，能夠進入系統界面，屏幕能夠正常顯示。但無法進入工作程序和界面，也無系統數據反饋淬火機床使用的控制系統為：西門子840D系統。

故障分析與檢查：通過對系統的運行原理進行分析，當系統正常啟動后，首先MMC（PCU）會進入控制軟件，當系統檢測到進入正常后才會開啟工作。而本次出現故障的機床使用的是PCU50.1 的MMC，通過多次系統重啟操作，發現控制系統均能夠正常啟動，但無法進入操作系統界面，系統告警也均相同。對系統綜合分析可知，可能是CPU 單元異常引起的，將CPU 單元拆下后單獨進行檢測，將其單獨連接操作和顯示裝置后進行自檢，自檢結果異常。

故障處理：將拆下后的CPU 進行詳細檢查，尤其是連接線路部分，通檢查發現北橋線路出現虛接情況，對虛焊位置進行重新焊接，再次進行自檢，合格后重新接入系統，西門子840D 系統恢復工作。

810D/840D 系統通過上位機完成控制，因上位機是一臺結合工業環境制造計算機，當CPU 現實故障時，可對控制系統進行維修。此外，現場作業過程中也發現PCU50.1 經常出現北橋虛焊的問題。

（2）外圓磨床運行過程中設備突然停止，且無法繼續啟動，系統告警信息顯示為“2020 NCK fan alarm”。

外圓磨床使用的控制系統為：西門子840D 系統。

故障分析與檢查：通過對告警信息進行分析，NCK風扇報警說明硬件部分的冷卻系統運行異常。通過系統控制圖紙分析可知，電池模塊與NCU 風扇均安裝于NCU BOX，風扇啟動后，能夠為NCU BOX 降溫保證其正常工作。通過對風扇和電池模塊進行檢查，發現兩者均能夠正常工作，由此判斷可能是NCU BOX，更換模塊后依然會出現2020 報警，由此判斷故障點可能是與NCU BOX 插接相連的NCU 模塊。

故障處理：拔下NCU 模塊檢查確實存在故障，維修后重新下載備份文件，安裝后系統恢復正常工作。

3 PLC 報警故障維修

在西門子數控機床控制系統中，PLC 是重要的控制設備，更是系統主要的組成部分。通過PLC 能夠對系統各設備的啟停進行控制，通過對機床系統運行數據進行統計和分析，判斷運行情況是否存在異常，并按照反饋數據作出相應的反應，防止故障事態的進一步擴大。

在西門子數控機床系統運行過程，PLC 報警是非常常見的故障類型，而且系統越復雜，出現故障的程度也會越高。當PLC 系統出現異常時，首先，需要根據系統類型和告警進行分析，確定故障出現的范圍和區域。當控制系統相對簡單時，一般可以通過告警確定并排除故障，稍復雜的控制系統則可大致確定故障位置后進行重點檢查，而無法確定的系統則可通過梯形圖調試的方法對PLC 的程序運行情況進行逐步分析，從而確定故障點。以下，將結合實際案例對PLC 報警故障的處理方法進行分析。

（1）淬火機床在運行過程中出現報警“700355 FAILURE THERE IS NOT PART DETECTION ON INPUT MANIP. CLIPPER”，告警信息出現后程序運行周期結束后自動中止。

淬火機床使用的控制系統為：西門子840D 系統。

故障分析與檢查：根據告警信息可知，入口機械手未抓住工件。當出現告警信息后，對機械手位置處進行檢查，發現其對工件的抓取是符合規定的。通過對機床的結構和運行原理分析，工件抓取信號通過S611 開關進行控制，由此判斷可能是接近開關異常導致誤報警。對開關狀態進行檢查，發現其與實際情況一致，機械手抓住工件時指示燈正常亮起。對S611 開關與PLC 的連接狀態進行檢查，發現對應的連接口出入狀態為“1”，說明信號正常傳遞至PLC 系統。將系統的操作狀態調至手動，未出現報警，對PLC 系統進行檢查，相應測試結果均正常。

通過反復運行工件抓緊、放下程序，發現當出現報警故障時，機械手的動作相對緩慢。由此分析，可能是機械手動作較慢導致的信號沒能在規定時間內傳遞至PLC，由此出現報警。拆下機械手檢查內部是否故障，發現機械手內部聚集了大量的淬火液，這些淬火液在一定程度上影響了設備動作的靈敏性。

故障處理：將機械手拆除后重新組裝，清除內部的淬火液，在零件連接處涂抹潤滑油。

（2）淬火設備開機后無法正常運行，告警顯“700148 FAILURE DOORS OPEN，E61.7”。

淬火機床使用的控制系統為：西門子840D 系統。

故障分析與檢查：告警信息顯示防護門關閉異常，對防護門狀態進行檢查，發現防護門狀態緊閉。將全部防護門打開后重新關閉，故障并未被消除。對防護門的狀態監測裝置進行檢查，所有門開關監測均為關閉狀態。由此判斷可能是信號傳遞異常導致的，對PLC 輸入連接口的狀態進行檢查，6 個防護門的狀態均為“0”。

對防護門開關的常開觸點進行檢查，發現觸點的電壓信號均為0。根據線路連接原理，當檢測到機床的工作狀態后，會通過圖3 所示的信號轉換模塊完成數據的轉換后輸送至PLC。檢查系統各部分，發現第二個模塊運行狀態異常，該模塊連接所有防護門。將此模塊與其他模塊進行調換，發現調換后，該位置仍處于無電壓狀態，而調換至其他位置的模塊則顯示正常，說明所有模塊均能正常工作。由此判斷，可能是模塊上連接的線路出現故障，將所有與模塊連接的插頭全部拔下，并逐個重新插回檢測線路的狀態。首先插入門開關E61.7 的電纜，模塊顯示正常，防護門的告警也消除，說明防護門線路和模塊是正常的。

圖3 傳感器信號轉換模塊

然后再插入其他連接電纜，當插入E61.6 電纜時，模塊指示燈全滅，說明該條線路存在設備故障，需要進行重點排查，遂根據圖紙對線路及相關元器件進行檢查。在對E61.6 線路接近開關及線路檢查過程中，發現電纜線路出現短路狀況。由此可知，故障原因為電纜短路造成信號的誤傳遞，傳感器接收到信號后，會采取一個自我防護的保護措施，關閉了24V 直流電壓，由此造成門開關的輸入信號變為0，出現告警。

故障處理：更換短路電纜，重新檢測模塊的運行情況，待檢測正常后開啟系統，淬火設備正常啟動，報警信號消除。