西門子840DSL 數控系統故障診斷與維修

王莉剛

（中國航發哈爾濱東安發動機有限公司，黑龍江哈爾濱 150066）

0 引言

數控機床具有技術密集和知識密集兩個特點，高效自動化和生產效率。數控設備的發展提高工業企業的生產技術水平，促進工業企業的發展。數控系統是數控設備的核心，如果數控系統發生故障，將影響數控設備的正常運行，數控系統發生故障后，需要迅速診斷、及時解決問題。目前數控系統種類多，例如西門子840DSL 系統、三菱系統等，這些系統功能不同，結構多樣，內部程序復雜，因此維修的方法也不同。

1 西門子840DSL 系統簡介

西門子840DSL 系統是完整的PC 集成式數控裝置，和SINAMICS S120 驅動系統結合使用。帶有開放式架構硬件和軟件的控制裝置，結構開放、靈活又統一，可用于鉆削、沖壓、激光、車削、銑削、磨削等工藝，特別適用應用于傳送線和回轉分度機、刀具和模具制造、木材和玻璃加工、高速切削等場合。

歐洲對數控機床的要求是必須帶有安全集成功能，用于保證操作人員的人身和財產安全。一般數控系統在設計時就會進行安全等級的評估，配備相應的安全模塊，西門子840DSL 系統已經獲得歐盟CE（CONFORMITE EUROPEENNE 歐洲統一）認證，其安全集成功能是以EN62061 和ENISO1384-1 為標準研制的，安全集成系統通過SPL（Safe programmable logic，安全邏輯程序）來執行指令，并且還能進行實時監控，保證機床的絕對安全。

西門子840DSL 系統具有革新的系統結構，擁有更高的品質和更高的分辨率，擁有強大而完善的功能，能夠適用于所有工藝功能，這些特點讓西門子840DSL 系統得到廣泛的應用，成為中高端數控系統的首選。

2 西門子840DSL 系統組成與優點

2.1 西門子840DSL 系統組成

西門子840DSL 系統主要分為三部分：

（1）HMI（Human Mahine Interface）也叫做人機界面。主要由人機單元PCU（Package Control Unit，分組控制單元），MCP（Machine Control Panel，機床控制面板），以及鍵盤鼠標選配的觸摸屏等組成，實現加工與仿真，數據管理和上位機通信。

（2）控制、通訊系統。主要有NCU（Numerical Control unit 數控單元），PLC（Programmable Logic Controller 可編程控制器），以及外圍通信模塊，輸入輸出模塊等，實現插補運算和數字量模擬量控制。

（3）S120 驅動系統。主要由S120 驅動系統，1FK 系列伺服電機。具有節能、高動態、穩定可靠的進行軸向運動、插補等優點，另外的優點就是S120 驅動系統可以單獨與其他西門子工業自動化產品組合，作為運動控制系統.

西門子840DSL 系統中，人機交互界面相當于人的大腦和心臟，數控和驅動相當于人的四肢。西門子840DSL 系統可持續穩定運行的重要原因就是因為他們之間密切合作。

2.2 西門子840DSL 系統優點

西門子840DSL 系統具有以下優點：

（1）設計緊湊到位。西門子840DSL 系統是封閉性的，在NCU 單元上集合了驅動控制和通信模板，在一定程度上降低了設備的布線成本。

（2）開放性和靈活性。西門子840DSL 系統具有高開放性和高靈活性，由于數控系統的軟件和硬件都十分強大，具有可伸縮性，使用不同類型的NCU，可以滿足不同的設計需求。基于以太網的通信解決方案和強大的PLC 通訊功能，系統能夠良好的支持所有類型的電機。

（3）動態性能好和加工精度高。西門子840DSL 系統在封閉環境中運行，保障設備能夠獲得最佳的運行狀態，能夠實現優質的表面加工質量，優化了刀具和模型制造的方案，通過調節電源模塊的受控直流電路能夠有效的防止母線電壓波動。

西門子840DSL 系統特征和優勢都十分顯著，穩定性強，故障發生率低，使用壽命長，但是在使用過程中，還有一些客觀或者主觀因素影響著系統的運行，產生系統故障。

3 西門子840DSL 系統故障診斷方法

3.1 感官分析法

顧名思義就是利用人的感官對故障發生時的表現進行判斷。這種方法是最直接和行之有效的，一些小問題可以用該方法直接解決。例如西門子840DSL 系統發生故障，通過觀察故障發生在何處，是否有火花產生，有異響發生，聞其是否產生異味等，然后進一步觀察故障處的電控元件情況，對有燒焦、斷裂處進行查看，進一步縮小范圍。該方法經常適用于電氣短路、斷路、過載等，當然這一方法對維修人員要求較高，要求維修人員有一定的經驗，善于觀察。

3.2 自我診斷預警

西門子840DSL 數控系統中，軟件和硬件都能夠實行報警功能。在系統中安裝硬件報警指示裝置，例如NC 主板上安裝報警指示裝置，通過指示燈的亮和滅，來判斷NC 主板是否故障。西門子840DSL 數控系統中液晶顯示器能夠運行自我診斷機制，當系統出現故障時，液晶顯示器能夠快速診斷并作出預警，預警類型有誤操作報警、設定錯誤報警等。

3.3 參數的校對

西門子840DSL 數控系統中參數的變化會直接影響到數控設備的功能，甚至還會使其發生故障。雖然在設計初期，參數都設定好，但是在實施過程中，存在干擾因素使得設定的參數發生變化。例如在工作中人為操作改變參數，就會導致系統出現異常，因此需要運維人員定期進行參數校對，發現參數有變化，則對變化的部分進行分析找出故障的部位和原因。

3.4 備份元件替換

故障發生，運維人員可以通過更換設備的元件進行檢驗，查看是否是該元件出現故障，這種方法需要運維人員有一定的專業水平，否則就是工程量大，成本高。

3.5 邏輯分析法

西門子840DSL 數控系統故障診斷還要用到邏輯分析法。從系統的工作原理開始分析，掌握各個部位的運行參數和原理，這樣才能根據故障表現出來的狀態來分析故障部位和原因。

4 西門子840DSL 系統故障實例分析

西門子840DSL 數控系統的加工中心A 軸帶有液壓剎車功能，但是每次測試液壓剎車制動功能時都會發生警報，測試失敗并且A 軸力矩電機發出嘯叫聲。觀察發現制動測試時A 軸有1°的轉動，超過了軸參數36967（制動測試的位置公差）規定值，現在想要修改36966（制動測試的保持力矩）或者36967 的值，以暫時解決該故障，但是修改后數控系統再次上電就出現警報。

問題很明顯，這是在做測試停的時候，進入到A1 的抱閘測試時，出了問題。測試停和抱閘測試在西門子安全功能中，無法通過NC 來實現。這是完全依靠PLC 實現的功能，NC（numerical control，數控機床）只是被動接受PLC 給出的信號，來確定該功能是否完成。復制確認SI 數據，只能將錯亂的數據扳回來，還是無法避免測試停以失敗為結局。而測試停不通過，則意味著機床無法正常工作。抱閘測試時，需要將被測試的軸從NC 的通道中取出，變成中性軸，再變成PLC 軸，所有的一切都在PLC 內完成。通過固定點停止功能FC18 來完成，并通過FB11 監控其整個過程的完成情況和時間，從而確認你的抱閘測試是否通過。期間，倍率保持100%。在PLC 中找到先后調用FB11 和FC18的地方，大多是指針尋址。這兩個塊各有一個出錯代碼輸出，找出錯誤代碼，進行修正，故障解除。

5 西門子840DSL 系統維修技巧

5.1 零點調整

零點調整步驟：例如ERN1387 編碼器。①把設備的后蓋拆卸下來，讓編碼器顯露出來，對編碼器進行零點調整；②重新設置編碼器的參數。將34100（軸在參數店坐標值）修正，修正后和原來差10 mm 則將參數34100 調至10；③校正設置的參數。由于新設置的參數與過去的參數可能存在差距，所以要進行校正，現在的零點和原來的零點相差多少，就輸入多少，校正完畢就完成了零點調整。零點調整是西門子840DSL 數控系統維修常用方法之一，有利于提高故障維修效率。

5.2 檢查功率模塊

西門子840DSL 數控系統的故障中，故障率最高的就是功率模塊故障，由于故障發生率較高，所以需要運維人員定期對功率模塊進行檢查，維護其穩定運行。功率模塊檢查主要是用萬能表進行的，因為萬能表的特性，能夠在系統運行過程中測量出電流值及電壓值參數，運維人員通過檢查結果與標準參數對比，可以分析出系統的故障狀況。將萬用表打到電阻檔，用萬用表的正表筆接到功率模塊的直流電壓輸入端子上，地接功率管的三相電源輸出上，此時萬能表測量出的電阻值應為無窮大，如果不是無窮大則存在故障。

5.3 優化驅動

驅動系統是西門子840DSL 數控系統的主要組成部分，所以維護西門子840DSL 數控系統就需要對驅動進行優化，特別是電流環、位置環和速度換的優化。①電流環優化。西門子840DSL 數控系統的電流環從出廠開始，參數都設置好了，并且這些參數都是按最優原則進行設置的，所以在后期使用過程中不需要頻繁的對電流環進行優化，只需要定期查看和運行試驗就可以了；②速度環優化。速度環決定系統的實際運行效率，為了提高運行效率，就需要對速度環進行設置，設置到最佳速度。速度環的速度還受其材料的影響，材料不同，其驅動性能也不同，所以需要選用更符合標準的材料；③位置環優化。位置環優化需要按照實際情況進行，實行具體問題具體分析。

6 結語

數控機床系統故障需要分模塊進行分析檢測，首先要充分了解各部分的定義和警報提示，參照參數等進行觀察找出故障點。西門子數控系統發展很多年，技術成熟，目前通用的是西門子840DSL 數控系統，其使用的范圍較廣，而且維修技術也很成熟，有經驗的運維人員掌握其維護方法、診斷技巧和維修技巧，基本都可以處理系統故障問題。