数控系统故障的现场诊断

2007年07月27日

数控维修技术是保障系统正常运行的前提，对数控技术的发展和完善也起到了巨大的作 用。我国目前的维修状况和水平与国外进口设备设计与制造技术水平还存在很大的差距，造 成差距的原因在于：人员素质较差，缺乏数字测试分析手段，数域和数域与频域综合方面的 测试分析技术等有待提高等等。

下面我们就从现代数控系统的基本构成入手，探讨数控系统的故障诊断与维修。 现代数控维修工作的基本条件 维修工作人员的基本条件

维修工作开展的好坏首先取决于人员条件，维修工作人员必须具备以下要求：1)高度的责任心与良好的职业道德；2)知识面广，掌握计算机技术，模拟与数字电路基础 。自动控制与电机拖动，检测技术及机械加工工艺方面的基础知识与一定的外语水平；3) 经过良好的技术培训，掌握有关数控、驱动及PLC的工作原理，懂得CNC编程和编程语言 ；4)熟悉结构，具有实验技能和较强的动手操作能力；5)掌握各种常用(尤其是现场)的测 试仪器、仪表和各种工具。 在维修手段方面应具备的条件

1)准备好常用备品，配件；2)随时可以得到微电子元器 件的实际支援或供应；3)必要的维修工具(仪器、仪表、接线、微机)，最好有小型编程系 统或编程器，用以支援设备调试；4)完整的资料、手册、线路图、维修说明书(包括CNC操 作说明书)，接口、调整与诊断、驱动说明书，PLC说明书(包括PLC用户程序单)，元器件表 格等。 维修前的准备

接到用户的直接要求之后，应尽可能直接与用户联系，以使尽快地获取到现场信息、现场情 况及故障信息。如数控机床的进给与主轴驱动型号、扫警指示或故障现象，用户现场有无备 件等，据此预先分析可能出现的故障原因与部位。而后在到现场之前准备好有关的技术 资料与维修服务工具、仪器备件等，做到有备而去。 数控系统的故障诊断

现场维修是整个维修工作的主要部分。现场维修是对数控机床所出现的故障(主要是数控部 分)进行诊断，找出故障部位，以相应的正常备件更换，从而恢复数控系统及数控机床正常 运行的工作过程。其中的关键是诊断，即对系统或外围线路进行检测，确定有无故障，并对 故障定位即指出故障确切位置。从整机定位到插线板，在某些场合下甚至定位到元器件。 初步判别

通常在资料较齐全的条件下，可通过资料分析判断故障所在，或采取接口信号法判别。根据 故障现象，判别可能发生故障的部位，而后再按照故障特征，与这一部位的具体特点，逐个 部

位检查。

在实际应用中，可能对一个故障用一种方法即可查到并排除，有时可能需要多种方法并用。 对各种判别故障点的方法的掌握程度主要取决于对故障设备原理与结构掌握的深度。 报警处理

系统报警的处理 数控系统发生故障时，一般在显示屏或操作面板上给出故障号和相应的 信息。通常系统的操作手册或调整手册中都有详细的报警号、报警内容和处理方法，由于系 统的报警设置单一、齐全、严密、明确，维修人员可根据每一警报后面给出的信息与处理方 法自行处理。

机床报警和操作信息的处理 机床制造厂根据机床的电气特点，应用PLC程序，将一些能 反映机床接口电气控制方面的故障或操作信息以特定的标志，通过显示器给出，并可通过一 个特定的键，看到更详尽的报警说明。这类报警可以根据机床厂提供的排故手册进行处理， 也可以利用操作面板或编程器，根据电路图和PLC程序，查出相应的信号状态，按逻辑关系 找出故障点，并进行处理。 无报警或无法报警的故障处理

当系统的PLC无法进行，系统已停机时，或系统没有报警但工作不正常时，需要根据故障发 生前后的系统状态信息，运用已掌握的理论基础进行分析，做出正确的判断。下面根据我 们的维修经验，阐述这种故障诊断办法。 常规检查法：

目测 目测故障板，仔细检查有无保险丝烧断、元器件烧焦、烟熏、开裂现象，有无异 物断路现象，以此可判断板内有无过流、过压、短路等问题。

手摸 用手摸并轻摇元器件，尤其是阻容、半导体器件有无松动之感，以此可检查出一 些断脚、虚焊等问题。

通电 首先用万用表检查各种电源之间有无断路现象，如无即可接入相应的电源，目测 有无冒烟、打火等现象。手摸元器件有无异常发热的现象，以此可发现一些较为明显的故障 ，而缩小检修范围。

例如，在哈尔滨某工厂排除故障时，机床的数控和PLC运行正常，但机床的液压无法启动， 用编程器检查PLC程序运行正常，各所需信号状态均满足开机条件，进一步检查时发现，PLC 信号状态与图纸和设备上的标记不一致，停机后，拔出电路板检查，发现PLC两块输出板地 址不对，与另两块位置搞错，经交换后，机床正常运转。对于发生这个故障的机床所采用的 SIMATIC S5-150K可编程控制器来说，只要地址正确，无论将线路板的位置怎样排列，系统 均能正常运转，但相应的执行元件和信号必须正确地对应，一旦对应错误就会发生故障，甚 至毁坏机床。另外，根据用户提供的故障现象，结合自己的现场观察，运用系统工作原理亦 可迅速做出正确判断。

仪器测量法 当系统发生故障后，采用常规电工检测仪器、工具，按系统电路图及机床 图，对故障部分的电压、电源、脉冲信号等进行实测，判断故障所在。如电源的输入电压超 限，应对电源监控，可用电压表测网络电压，或用电压测试仪实时监控，以排除其它原因。 如发生位置控制环故障，可用示波器检查测量回路的信号状态，或用示波器观察其信号输出 是否

缺相，有无干扰。

例如，在上海某厂的排故中，系统报警，位置环硬件故障，用示波器 检查发现有一干扰信号，我们在电路中用接一电容的方法将其滤掉使系统工作正常。如果出 现系统无法回基准点的情况，可用示波器检查是否有零标记脉冲，若没有，可考虑是测量系 统损坏。

用可编程器进行PLC中断状态分析 可编程控制器发生故障时，其中断原因以中断堆栈的 方式记忆。使用编程器可以在系统停止状态下，调出中断堆栈和块堆栈，按其所指示的原因 ，查明故障之所在，在可编程序控制器的维修中这是最常用、有效和快速的办法。

接口信号检查 通过用可编程序控制器检查机床控制系统的接口信号，并与接口手册的 正确信号相对比，亦可查出相应的故障点。

诊断备件替换法 现代数控系统大都采用模块化设计，按功能不同划分为不同模块，随着 现代技术的发展，电路的集成规模越来越大，技术也越来越复杂。按照常规的方法，很难把 故障定位到一个很小的区域，而一旦系统发生故障，可缩短停机时间。我们可以根据模块 的功能与故障现象，初步判断出可能的故障模块，用诊断备件将其替换，这样可迅速判断出 有故障的模块。在没有诊断备件的情况下采用现场相同或相容的模块进行替换检查。对于现 代数控的维修，越来越多的情况下采用这种方法进行诊断，然后用备件替换损坏模块，使系 统正常工作，尽最大可能缩短故障停机时间，使用这种方法在操作时注意一定要在停电状态 下进行，还要仔细检查线路板的版本、型号、各种标记，跨接是否相同，对于有关的机床数 据和电位计的位置应做好记录，拆线时应做好标志。

利用系统的自诊断功能判断 现代数控系统尤其是全功能数控具有很强的自诊断能力， 通过实施实时监控系统各部分的工作，及时判断故障，给出报警信息，并做出相应的动作， 避免事故发生。然而有时当硬件发生故障时，就无法报警，有的数控系统可通过发光管不同 的闪烁频率或不同的组合做出相应的指示，这些指示配合使用就可帮助我们准确地诊断出故 障模板的位置。

如SINUMERIK 8 系统根据MS100 CPU板上4个指示灯和操作面板上的FAULT灯的亮灭组合就可 判断出故障位置。

上述诊断方法，在实际应用时，他们之间并无严格的界限，可能用一种方法就可排除故障， 亦可能需要多种方法同时进行。其效果主要取决于对系统原理与结构的理解与掌握的深度， 以及维修经验的多少等。