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西门子驱动模块功能分析及故障诊断

西门子611D驱动功能分析及故障诊断 

SINUMERIK840D/810D 配置的驱动一般采用 SIMODRIVE 611D,它包括两部分,即电源模块和驱动模块。

 本文通过分析介绍两种模块的工作原理和功能,驱动模块的 检测方法,结合实际工作中电源和驱动模块出现的故障现 象,针对不同的故障原因,提出相应的故障诊断和维修方 [关键词]数控机床电源模块 驱动模块 故障,诊断 TM 前言西门子SIMODRIVE 611 系列驱动系统是一种高性能驱 动系统,能满足数控机床对驱动系统的稳定性和技术性能方 面等要求,包括*高要求的动态响应,速度整定范围以及平 滑运行特性,通常用于西门子802D、840D、810D 以及海德汉 等数控系统中,实现机床的驱动功能。

611D 电源模块主要功 能是提供直流母线电压、电子电源、使能信号以及故障监控 功能。驱动模块一般由功率模块和控制模块以及驱动总线组 成,实现伺服对位置、速度和电流三个闭环控制。

 电源模块西门子SIMODRIVE 611D 系列电源模块,通常也称为馈 电模块,主要为数控单元和进给驱动装置提供控制和驱动用 的电源,即产生直流母线电压和电子电源,同时监测电源和 模块的状态,通常直流母线电压根据馈电模块的类型,电源 模块分为不可控电源模块称为UI 电源模块,可控电源模块称 电源模块。

可控馈电模块直流母线电压稳定在600VDC,而不可控馈电模块的直流母线电压在490―644VDC 范围内波动,电子电源主要有+15VDC,-15VDC,24VDC 5VDC,由DEVICEBUS 设备总路线输出,供数控单元和驱动模 块内部工作使用。

 1.1 不可控馈电模块 不可控电源模块采用不可控的功率二极管来实现整流 功能,把外部三相380V 交流供电电源整流为直流电源,通常 直流电压的经验为UDC=1.35UAC。UI 不可控馈电模块的直流 母线电压不可调节,适用于低压应用场合,通常有5KW,10KW 以及28KW 等级。

在UI 型馈电模块中,因为采用功率二极管 进行整流,所以当电机制动或减速时,直流母线上产生的制 动能量不能回馈到电网,这种制动能量可以存储在直流母线 上的大电容里。 

1.2 可控馈电模块 可控馈电模块*大的特点是直流母线电压可调节,直 流母线上的制动能量可以反馈到供电电网实现再生。它的整 流部分采用IGBT 功率晶体管实现整流。

1.3 电源模块常见故障分析 

1.3.1 5V,5V 故障灯亮 公司中捷FK125 数控机床,采用西门子611 驱动,电 源模块上的15V,5V 红色指示灯亮,说明这两种电源电压出 现故障,故障原因有两个方面:电源模块本身电子电源转换 电路有问题;所联接的外部负载出现问题。首先关断电源, DC-Link 电压降到安全范围,断开X151(轴模块上),断开 端子X121、X141、X161、X171,上电,这时候故障消失,说 明电源模块本身没有问题,可能在端子接口中有短路情况存 在。

然后将端子依次加上去,发现是X151 扁平电缆的问题。 当加到W 轴模块时出现两红色指示灯亮起,说明驱动模块有 问题,将模块的控制板取出来,更新,这时故障排除。 

1.3.2 外部供电电源故障灯亮 公司043-017 号昆明道斯数控加工中心,出现电源模 个指示灯中左边*下面红色指示灯亮,说明外部电源有故障。首先要确定故障出现在上电时(Power up)还是在 使能时(Enable)。

如果在上电时,检查端子U1、V1、W1 X181是否缺相,并检查一下供电电压是否正常。如机床是在 使能时出现红色指示灯亮,则有可能是功率模块的故障,或 者电源模块本身故障。断开电源,等到DC-Link 电压降到安 全范围,从电源模块处断开直流母排的连接端,这样就将所 有的驱动模块从直流母线上脱开。然后上电检查电源模块。 

故障依旧,说明驱动模块没有问题,故障应该出现在电源模 块,更换电源模块后故障排除。 驱动模块611D 数字控制模块用于控制1FT6/1FK7/1FN1/1FE1 1PH电机的运行,611D 结构有单轴模块和双轴模块两种。

驱动模块分为功率单元和数字闭环控制单元,通过设备总线与 驱动总线连接到系统。由于611D 数字控制单元结 SINUMERIK840C 或SINUMERIK840D 才能发挥其作用,所以 611D 的控制参数要通过840C 或840D 数控系统设定。

 2.1 驱动模块连接 驱动模块上的脉冲使能触点T663/9 是一个输入信号, 当T663/9 触点闭合时,驱动模块各进给轴控制回路开始工 作,控制信号对该模块上的所有轴都有效。“脉冲使能”信 号由PLC 控制,有条件地使能各个驱动模块,如果直接短 接,则系统一旦上电,驱动模块的控制立即进入工作状态。 

2.2 功率单元的检测方法 如果功率模块发生故障,那么集成在内部的半导体器 件(IGBT)就会有反应,可以通过电阻测试很容易地检测出 来。从图04 可以看出驱动模块**率单元的工作原理,功率 单元实现电源逆变主要靠6 个IGBT 晶体管的导通/关断动作 以及续流二极管的导通.关闭驱动的电源,等直流母线放电结 束,断开电机的连接端子(U2、V2、W2)。直流母线M600、 P600 上把模块与其他相邻的模块断开。用万用表的正极测试 M600 端,负极测试P600 端,如图05 所示。万用表显示的两 个二极管的压降值大约在0.7V ,如果显示的压降值在0V 者大于2.2V,则说明模块有故障。

2.3 进驱动模块常见故障分析 

2.3.1 功率模块故障 公司FK110 数控机床,在加工的过程中出现“25201” 伺服故障报警。产生故障的原因有多方面的,如伺服电机、电缆出现问题;机械传动部分阻力过大;功率模块内部 故障等等。首先重启机床,上电完成后没有出现报警,说明 模块通过了自检,如有报警基本上可以肯定是驱动模块损 坏。第二步,加上驱动模块的使能后,如果马上产生报警, 原因主要是伺服电机、动力电缆短路或接地,说明功率模块 本身有问题。第三步,选择JOG 模式,进给倍率选择在低速 区,正、负方向移动一下就出现25201 号报警,通过轴驱动 参数1708 号查看负荷率,负荷率在移动瞬间只有40%多,说 明机械传动部分正常。

 2.3.2 散热器温度报警 公司奥地利EMCO 数控车床出现300515 号报警,功率 单元*大温度超出,这是功率模块*常见报警之一。原因有 两方面,机械传动阻力过大,造成电流值过大,功率单元的 散热器温度过高;还有就是功率模块散热风扇坏。其监控机 制如图06 所示。在实际的维修工作中,特别夏季出现频繁, 绝大多数是因为散热风扇不工作造成的报警,通过更换风扇 故障排除。 结束语 在对模块故障诊断前,必须熟知各模块接口的定义, 掌握模块好坏的检测方法。特别是对于驱动模块,同一个报 警代码可能产生故障的原因有很多种,如出现25201 伺服故 障报警时,有可能是功率模块本身有故障,也有可能是电缆 线,伺服电机损坏,也有可能是机械传动部分出问题,也有 可能是测量系统有故障造成的,等等。要根据其它的报警提 示,结合模块监控参数,观察模块的指示灯状态,听传动部 位声音等手段来综合诊断故障点。

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