伺服驱动器故障维修实战案例【机电人士必看】

来源:未知日期:2018/04/30 22:54 浏览:

西门子直流伺服驱动系统故障维修10例

 

例1.进线快速熔断器熔断的故障维修

 

故障现象:一台配套SIEMENS 8MC的卧式加工中心,在电网突然断电后开机,系统无法起动。

 

分析与处理过程:经检查,该机床X轴伺服驱动器的进线快速熔断器已经熔断。该机床的进给系统采用的是SIEMENS 6RA系列直流伺服驱动,对照驱动器检查伺服电动机和驱动装置,未发现任何元器件损坏和短路现象。

 

检查机床机械部分工作亦正常,直接更换熔断器后,起动机床,恢复正常工作。分析原因是由于电网突然断电引起的偶发性故障。

 

例2.SIEMENS 8MC测量系统故障的维修

 

故障现象:一台配套SIEMENS 8MC的卧式加工中心,当X轴运动到某一位置时,液压电动机自动断开,且出现报警提示:Y轴测量系统故障。断电再通电,机床可以恢复正常工作,但X轴运动到某一位置附近,均可能出现同一故障。

分析与处理过程:该机床为进口卧式加工中心,配套SIEMENS 8MC数控系统,SIEMENS 6RA系列直流伺服驱动。由于X轴移动时出现Y轴报警,为了验证系统的正确性,拨下了X轴测量反馈电缆试验,系统出现X轴测量系统故障报警,因此,可以排除系统误报警的原因。

 

检查X轴在出现报警的位置及附近,发现它对Y轴测量系统(光栅)并无干涉与影响,且仅移动Y轴亦无报 警,Y轴工作正常。再检查Y轴电动机电缆插头、光栅读数头和光栅尺状况,均未发现异常现象。

 

考虑到该设备属大型加工中心,电缆较多,电柜与机床之间的电缆长度较长,且所有电缆均固定在电缆架上,随机床来回移动。根据上述分析,初步判断由于电缆的弯曲,导致局部断线的可能性较大。

 

维修时有意将X轴运动到出现故障点位置,人为移动电缆线,仔细测量Y轴上每一根反馈信号线的连接情况,最终发现其中一根信号线在电缆不断移动的过程中,偶尔出现开路现象;利用电缆内的备用线替代断线后,机床恢复正常。

 

例3.驱动器故障引起跟随误差超差报警维修

 

故障现象:某配套SIEMENS PRIMOS系统、6RA26**系列直流伺服驱动系统的数控滚齿机,开机后移动机床的Z轴,系统发生“ERR22跟随误差超差”报警。

 

分析与处理过程:数控机床发生跟随误差超过报警,其实质是实际机床不能到达指令的位置。引起这一故障的原因通常是伺服系统故障或机床机械传动系统的故障。

 

由于机床伺服进给系统为全闭环结构,无法通过脱开电动机与机械部分的连接进行试验。为了确认故障部位,维修时首先在机床断电、松开夹紧机构的情况下,手动转动Z轴丝杠,未发现机械传动系统的异常,初步判定故障是由伺服系统或数控装置不良引起的。

 

为了进一步确定故障部位,维修时在系统接通的情况下,利用手轮少量移动Z轴(移动距离应控制在系统设定的最大允许跟随误差以内,防止出现跟随误差报警),测量Z轴直流驱动器的速度给定电压,经检查发现速度给定有电压输入,其值大小与手轮移动的距离、方向有关。由此可以确认数控装置工作正常,故障是由于伺服驱动器的不良引起的。

 

检查驱动器发现,驱动器本身状态指示灯无报警,基本上可以排除驱动器主回路的故障。考虑到该机床X、Z轴驱动器型号相同,通过逐一交换驱动器的控制板确认故障部位在6RA26**直流驱动器的A2板。

 

根据SIEMENS 6RA26**系列直流伺服驱动器的原理图,逐一检查、测量各级信号,最后确认故障原因是由于A2板上的集成电压比较器N7(型号:LM348)不良引起的:更换后,机床恢复正常。

 

例4.

 

故障现象:一台配套SIEMENS 850系统、6RA26**系列直流伺服驱动系统的进口卧式加工中心,在开机后,手动移动X轴,机床X轴工作台不运动,CNC出现X跟随误差超差报警。

分析与处理过程:由于机床其他坐标轴工作正常,X轴驱动器无报警,全部状态指示灯指示无故障,为了确定故障部位,考虑到6RA26**系列直流伺服驱动器的速度/电流调节板A2相同,维修时将X轴驱动器的A2板与Y轴驱动器的A2板进行了对调试验。经试验发现,X轴可以正常工作,但Y轴出现跟随超差报警。

 

根据这一现象,可以得出X轴驱动器的速度/电流调节器板不良的结论。根据SIEMENS 6RA26**系列直流伺服驱动器原理图,测量检查发现,当少量移动X轴时驱动器的速度给定输入端57与69端子间有模拟量输入,测量驱动器检测端B1,速度模拟量电压正确,但速度比例调节器N4(LM301)的6脚输出始终为0V。

 

对照原理图逐一检查速度调节器LM301的反馈电阻R25、R27、R21,偏移调节电阻R10、R12、R13、R15、R14、R12,以及LM301的输入保护二极管V1、V2,给定滤波环节R1、C1、R20、V14,速度反馈滤波环节的R27、R28、R8、R3、C5、R4等外围元器件,确认全部元器件均无故障。

 

因此,确认故障原因是由于LM301集成运放不良引起的;更换LM301后,机床恢复正常工作,故障排除。

 

例5.CNC故障引起跟随误差超差报警维修

 

故障现象:某配套SIEMENS PRIMOS系统、6RA26**系列直流伺服驱动系统的数控滚齿机,开机后移动机床的Z轴,系统发生“ERR22跟随误差超差”报警。

 

分析与处理过程:故障分析过程同前例,但在本例中,当利用手轮少量移动Z轴,测量Z轴直流驱动器的速度给定电压始终为0,因此可以初步判定故障在数控装置或数控与驱动器的连接电缆上。

 

检查数控装置与驱动器的电缆连接正常,确认故障引起的原因在数控装置。打开数控装置检查,发现Z轴的速度给定输出D/A转换器的数字输入正确,但无模拟量输出,从而确认故障是由于D/A转换器不良引起的。

 

更换Z轴的速度给定输出的12位D/A转换器DAC0800后,机床恢复。

 

例6.

 

故障现象:某配套SIEMENS PRIMOS系统、6RA26**系列直流伺服驱动系统的数控滚齿机,开机后发生“ERR21,Y轴测量系统错误”报警。

 

分析与处理过程:数控系统发生测量系统报警的原因一般有如下几种:

  • 数控装置的位置反馈信号接口电路不良。

  • 数控装置与位置检测元器件的连接电缆不良。

  • 位置测量系统本身不良。

 

由于本机床伺服驱动系统采用的是全闭环结构,检测系统使用的是HEIDENHAIN公司的光栅。为了判定故障部位,维修时首先将数控装置输出的X、Y轴速度给定,将驱动使能以及X、Y轴的位置反馈进行了对调,使数控的X轴输出控制Y轴,Y轴输出控制X轴。经对调后,操作数控系统,手动移动Y轴,机床X轴产生运动,且工作正常,证明数控装置的位置反馈信号接口电路无故障。

 

但操作数控系统,手动移动X轴,机床Y轴不运动,同时数控显示“ERR21,X轴测量系统错误”报警。由此确认,报警是由位置测量系统不良引起的,与数控装置的接口电路无关。检查测量系统电缆连接正确、可靠,排除了电缆连接的问题。

利用示波器检查位置测量系统的前置放大器EXE601/5-F的Ual和Ua2、*Ua1和Ua2输出波形,发现Ua1相无输出。进一步检查光栅输出(前置放大器EXE601/5-F的输入)信号波形,发现Ie1无信号输入。检查本机床光栅安装正确,确认故障是由于光栅不良引起的:更换光栅LS903后,机床恢复正常工作。

 

例7.

 

故障现象:某配套SIEMENS PRIMOS系统、6RA26**系列直流伺服驱动系统的数控滚齿机,开机后发生“ERR21,X轴测量系统错误”报警。

 

分析与处理过程:故障分析过程同前例,但在本例中,利用示波器检查位置测量系统的前置放大器EXE601/5-F的Ual和Ua2、*Ual和*Ua2输出波形,发现同样Ual无输出。进一步检查光栅输出(前置放大器EXE601/5-F的输入)信号波形,发现Ie1,信号输入正确,确认故障是由于前置放大器EXE601/5-F不良引起的。

根据EXE601/5-F的原理(详见后述)逐级测量前置放大器EXE601/5-F的信号,发现其中的一只LM339集成电压比较器不良;更换后,机床恢复正常工作。

 

例8.驱动器未准备好的故障维修

 

故障现象:一台配套SIEMENS 850系统、6RA26**系列直流伺服驱动系统的卧式加工中心,在加工过程中突然停机,开机后面板上的“驱动故障”指示灯亮,机床无法正常起动。

 

分析与处理过程:根据面板上的“驱动故障”指示灯亮的现象,结合机床电气原理图与系统PLC程序分析,确认机床的故障原因为Y轴驱动器未准备好。

 

检查电柜内驱动器,测量6RA26**驱动器主回路电源输入,只有V相有电压,进一步按机床电气原理图对照检查,发现6RA26**驱动器进线快速熔断器的U、W相熔断。用万用表测量驱动器主回路进线端1U、1W,确认驱动器主回路内部存在短路。

 

由于6RA26**交流驱动器主回路进线直接与晶闸管相连,因此可以确认故障原因是由于晶闸管损坏引起的。

 

逐一测量主回路晶闸管V1-V6,确认V1、V2不良(己短路);更换同规格备件后,机床恢复正常。

 

由于驱动器其他部分均无故障,换上晶闸管模块后,机床恢复正常工作,分析原因可能是瞬间电压波动或负载波动引起的偶然故障。

 

例9.外部故障引起电动机不转的故障维修

 

故障现象:一台配套SIEMENS 6M系统的进口立式加工中心,在换刀过程中发现刀库不能正常旋转。

 

分析与处理过程:通过机床电气原理图分析,该机床的刀库回转控制采用的是6RA**系列直流伺服驱 动,刀库转速是由机床生产厂家制造的“刀库给定值转换/定位控制”板进行控制的。

 

现场分析、观察刀库回转动作,发现刀库回转时,PLC的转动信号已输入,刀库机械插销已经拔出,但6RA26**驱动器的转换给定模拟量未输入。由于该模拟量的输出来自“刀库给定值转换/定位控制”板,由机床生产厂家提供的“刀库给定值转换/定位控制”板原理图逐级测量,最终发现该板上的模拟开关(型号DG201)已损坏,更换同型号备件后,机床恢复正常工作。

 

例10.开机电动机即高速旋转的故障维修

 

故障现象:一台与例268同型号的机床,在开机调试时,出现手动按下刀库回转按钮后,刀库即高速旋转,导致机床报警。

分析与处理过程:根据故障现象,可以初步确定故障是由于刀库直流驱动器测速反馈极性不正确或测速反馈线脱落引起的速度环正反馈或开环。测量确认该伺服电动机测速反馈线已连接,但极性不正确;交换测速反馈极性后,刀库动作恢复正常。

 

施耐德伺服驱动器常见故障分析及解决方案

 

伺服电机在有脉冲输出时不运转,如何处理?

 

  1. 监视控制器的脉冲输出当前值以及脉冲输出灯是否闪烁,确认指令脉冲已经执行并已经正常输出脉冲;

  2. 检查控制器到驱动器的控制电缆,动力电缆,编码器电缆是否配线错误,破损或者接触不良;

  3. 检查带制动器的伺服电机其制动器是否已经打开;

  4. 监视伺服驱动器的面板确认脉冲指令是否输入;

  5. Run运行指令正常;

  6. 控制模式务必选择位置控制模式;

  7. 伺服驱动器设置的输入脉冲类型和指令脉冲的设置是否一致;

  8. 确保正转侧驱动禁止,反转侧驱动禁止信号以及偏差计数器复位信号没有被输入,脱开负载并且空载运行正常,检查机械系统。

 

伺服电机高速旋转时出现电机偏差计数器溢出错误,如何处理?

 

  • 高速旋转时发生电机偏差计数器溢出错误

对策:检查电机动力电缆和编码器电缆的配线是否正确,电缆是否有破损。

 

  • 输入较长指令脉冲时发生电机偏差计数器溢出错误

对策:

  a.增益设置太大,重新手动调整增益或使用自动调整增益功能;

  b.延长加减速时间;

  c.负载过重,需要重新选定更大容量的电机或减轻负载,加装减速机等传动机构提高负荷能力。

 

  • 运行过程中发生电机偏差计数器溢出错误

对策:

  a.增大偏差计数器溢出水平设定值;

  b.减慢旋转速度;

  c.延长加减速时间;

  d.负载过重,需要重新选定更大容量的电机或减轻负载,加装减速机等传动机构提高负载能力。

 

伺服电机没有带负载报过载,如何处理?

 

  • 如果是伺服Run(运行)信号一接入并且没有发脉冲的情况下发生:

  a.检查伺服电机动力电缆配线,检查是否有接触不良或电缆破损;

  b.如果是带制动器的伺服电机则务必将制动器打开;

  c.速度回路增益是否设置过大;

  d.速度回路的积分时间常数是否设置过小。

 

  • 如果伺服只是在运行过程中发生:

  a.位置回路增益是否设置过大;

  b.定位完成幅值是否设置过小;

  c.检查伺服电机轴上没有堵转,并重新调整机械。

 

伺服电机运行时出现异常声音或抖动现象,如何处理?

 

  • 伺服配线:

  a.使用标准动力电缆,编码器电缆,控制电缆,电缆有无破损;

  b.检查控制线附近是否存在干扰源,是否与附近的大电流动力电缆互相平行或相隔太近;

  c.检查接地端子电位是否有发生变动,切实保证接地良好。

 

  • 伺服参数:

  a.伺服增益设置太大,建议用手动或自动方式重新调整伺服参数;

  b.确认速度反馈滤波器时间常数的设置,初始值为0,可尝试增大设置值;

  c.电子齿轮比设置太大,建议恢复到出厂设置;

  d.伺服系统和机械系统的共振,尝试调整陷波滤波器频率以及幅值。

 

  • 机械系统:

  a.连接电机轴和设备系统的联轴器发生偏移,安装螺钉未拧紧;

  b.滑轮或齿轮的咬合不良也会导致负载转矩变动,尝试空载运行,如果空载运行时正常则检查机械系统的结合部分是否有异常;

  c.确认负载惯量,力矩以及转速是否过大,尝试空载运行,如果空载运行正常,则减轻负载或更换更大容量的驱动器和电机。

 

施耐德伺服电机做位置控制定位不准,如何处理?

 

  • 首先确认控制器实际发出的脉冲当前值是否和预想的一致,如不一致则检查并修正程序;

  • 监视伺服驱动器接收到的脉冲指令个数是否和控制器发出的一致,如不一致则检查控制线电缆;

 

松下伺服驱动器维修常见问题及解决方法案

 

1、松下数字式交流伺服系统MHMA 2KW,试机时一上电,电机就振动并有很大的噪声,然后驱动器出现16号报警,该怎么解决?

 

这种现象一般是由于驱动器的增益设置过高,产生了自激震荡。请调整参数No.10、No.11、No.12,适当降低系统增益。(请参考《使用说明书》中关于增益调整的内容)

 

2、松下交流伺服驱动器上电就出现22号报警,为什么?

 

22号报警是编码器故障报警,产生的原因一般有:

 

  • 编码器接线有问题:断线、短路、接错等等,请仔细查对;

  • 电机上的编码器有问题:错位、损坏等,请送修。

 

3、松下伺服电机在很低的速度运行时,时快时慢,象爬行一样,怎么办?

 

伺服电机出现低速爬行现象一般是由于系统增益太低引起的,请调整参数No.10、No.11、No.12,适当调整系统增益,或运行驱动器自动增益调整功能。(请参考《使用说明书》中关于增益调整的内容)

 

4、松下交流伺服系统在位置控制方式下,控制系统输出的是脉冲和方向信号,但不管是正转指令还是反转指令,电机只朝一个方向转,为什么?

 

松下交流伺服系统在位置控制方式下,可以接收三种控制信号:脉冲/方向、正/反脉冲、A/B正交脉冲。驱动器的出厂设置为A/B正交脉冲(No42为0),请将No42改为3(脉冲/方向信号)。

 

5、松下交流伺服系统的使用中,能否用伺服-ON作为控制电机脱机的信号,以便直接转动电机轴?

 

尽管在SRV-ON信号断开时电机能够脱机(处于自由状态),但不要用它来启动或停止电机,频繁使用它开关电机可能会损坏驱动器。如果需要实现脱机功能时,可以采用控制方式的切换来实现:假设伺服系统需要位置控制,可以将控制方式选择参数No02设置为4,即第一方式为位置控制,第二方式为转矩控制。然后用C-MODE来切换控制方式:在进行位置控制时,使信号C-MODE打开,使驱动器工作在第一方式(即位置控制)下;在需要脱机时,使信号C- MODE闭合,使驱动器工作在第二方式(即转矩控制)下,由于转矩指令输入TRQR未接线,因此电机输出转矩为零,从而实现脱机。

 

6、在我们开发的数控铣床中使用的松下交流伺服工作在模拟控制方式下,位置信号由驱动器的脉冲输出反馈到计算机处理,在装机后调试时,发出运动指令,电机就飞车,什么原因?

 

这种现象是由于驱动器脉冲输出反馈到计算机的A/B正交信号相序错误、形成正反馈而造成,可以采用以下方法处理:

  • 修改采样程序或算法;

  • 将驱动器脉冲输出信号的A+和A-(或者B+和B-)对调,以改变相序;

  • 修改驱动器参数No45,改变其脉冲输出信号的相序。

 

7、在我们研制的一台检测设备中,发现松下交流伺服系统对我们的检测装置有一些干扰,一般应采取什么方法来消除?

 

由于交流伺服驱动器采用了逆变器原理,所以它在控制、检测系统中是一个较为突出的干扰源,为了减弱或消除伺服驱动器对其它电子设备的干扰,一般可以采用以下办法:

  • 驱动器和电机的接地端应可靠地接地;

  • 驱动器的电源输入端加隔离变压器和滤波器;

  • 所有控制信号和检测信号线使用屏蔽线。

  干扰问题在电子技术中是一个很棘手的难题,没有固定的方法可以完全有效地排除它,通常凭经验和试验来寻找抗干扰的措施。

 

8、伺服电机为什么不会丢步?

 

伺服电机驱动器接收电机编码器的反馈信号,并和指令脉冲进行比较,从而构成了一个位置的半闭环控制。所以伺服电机不会出现丢步现象,每一个指令脉冲都可以得到可靠响应。

 

9、如何考虑松下伺服的供电电源问题?

 

目前,几乎所有日本产交流伺服电机都是三相200V供电,国内电源标准不同,所以必须按以下方法解决:

  • 对于750W以下的交流伺服,一般情况下可直接将单相220V接入驱动器的L1,L3端子;

  • 对于其它型号电机,建议使用三相变压器将三相380V 变为三相200V,接入驱动器的 L1,L2,L3。

 

10、对伺服电机进行机械安装时,应特别注意什么?

 

由于每台伺服电机后端部都安装有旋转编码器,它是一个十分易碎的精密光学器件,过大的冲击力肯定会使其损坏。

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