加工中心开关电源引起的故障分析

梁 毅

(中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳 621900)

现在的一些建立在Windows NT平台的SOFT型开放式CNC数控系统和一些工控机控制的电加工机床均使用计算机。为确保计算机系统的正常运转，计算机需要恒定的电流供应。因为即使很小的电流波动也可能会导致数据丢失或系统崩溃。在所有的计算机中，都存在能提供恒定电流的开关电源。但在实际工作中，很多系统问题都是由开关电源故障引起，且这种电源引起的故障比较隐蔽，容易被忽视。

1 机床控制系统结构

加工中心配置为ACRAMATIC 2100E控制系统。ACRAMATIC 2100E是一种基于Windows NT平台的SOFT型开放式CNC数控系统，使用双PC母板及双80486微处理器分别进行运算和机床实时控制，如图1。计算机电源连接在WS工作处理器母板上，BB桥接板、各插件板以及RT实时处理器母板都通过总线插槽获得电源和通讯。

2 故障现象

机床多次出现Windows NT文件丢失和系统找不到硬件故障。最后一次出现系统文件丢失之前，机床启动很慢，换新的系统硬盘后机床启动慢的故障仍不能消除。

3 故障维修过程

最后一次出现系统文件丢失之前，机床启动很慢。由于存储器内存空间不足、内存条松动、硬盘出现坏道时均容易出现该故障，因此删除硬盘上一些加工程序，重新接插各接口板和内存条，但机床启动慢的故障没有消除。

系统文件丢失后换新的系统硬盘，故障依旧。甚至有时启动机床没有任何反应，此时查看计算机电源发现风扇没有工作，据此判断计算机开关电源有故障。静态实测电源结果:交流输入为220 V，而输出直流电压5 V为4.94 V;－5 V为－4.83 V;12 V为11.34 V;－12 V为－11.37 V，即所有输出直流电压处于欠压状态，电源功率不够，导致机床启动很慢，需要更换开关电源。这种老式的AT电源在现有市场上买不到，而新的ATX电源给主板供电的输出线接口与原主板不匹配，因此只能根据主板接口对新电源重新焊线，使其与主板接口相符。用350 W的ATX新电源后，系统启动很快，机床运行半年多，以前出现的系统找不到硬件的故障再也没出现。

4 故障原因分析

以前多次出现系统红色报警:System Fail 8004E。该报警含义是电源错误，需要重启系统，检查电源。重新开机后机床能进入到机床操作界面，但伺服系统不能得电，不出现任何报警提示。通过启动系统自诊断发现很多硬件没有通过，结果如表1所示。

表1 系统启动硬件自诊断

从诊断信息可知:系统无法识别桥接板RT接口、桥接板上的所有插件板以及实时处理器PC主板等硬件，而测试计算机输出电压正常，因此当时不怀疑电源有故障。出现该报警后，将所有的插接板拆下对其连接件的金手指清洗、去氧化膜、检查各硬件连接板元器件无异常后安装回原位后机床正常，因此总认为是系统硬件连接故障。

但是从最后一次维修可以排除硬件连接故障，故障原因应该出现在电源上。以前出现8004E报警(电源错误)后，静态测量开关电源输出电压正常，但是没有动态监视机床运行过程中电源的变化。原开关电源为老式的AT电源，功率230 W，经过10多年的使用，电器元件可能发生质变(就是元器件的技术参数与要求相差太远，如电阻值增大、电容器容量变小、爆裂，三极管的β值变小、穿透电流变大、反向电阻变小、温度特性变坏等)，这种元器件质变引起电源输出电压、功率的瞬间不足造成供电电流产生瞬态突变，从而影响总线、CPU、动态存储器件和其他数字逻辑电路在运行中的逻辑状态的高速转换，因此有时开机时开关电源供电电流产生的瞬态突变影响系统的通讯畅通，从而出现找不到硬件情况的现象。硬盘内是高速运转的磁头和类似光碟的元件构成，供电电流产生瞬态突变会使高速运转的磁头突然减速，容易损伤磁头和内部的磁盘表面，长时间的供电不足就会造成存放系统文件的物理扇区损坏，从而引起系统文件的丢失，导致系统崩溃。由于电源故障引起的机床系列故障一直没有被发现，使得电源供电质量日趋下降，直到最后机床启动缓慢的故障出现，才使电源的故障暴露，可见电源引起的故障具有很大的隐蔽性。

通过这例电源故障分析可知，开关电源的好坏直接关系着机床的稳定运行。开关电源为机床计算机提供能源，如果把电流比作血液，那么开关电源就是计算机的心脏。因此选配机床开关电源时一定要选择功率较大的优质电源。平时对电源的硬件维护要注意防尘、防潮，以免灰尘影响电源元器件的热量散发，潮气引起元器件绝缘度下降。

5 结语

机床开关电源出现故障时表现形式多种多样:系统找不到硬件;硬盘使用一段时间后出现坏道，硬盘出现物理扇区损坏而丢失文件;系统启动慢等。这些故障原因都是开关电源输出电压偏低，电流不稳定等故障造成。而机床出现这些故障时，我们往往只注重主板、内存、CPU这些关键件的质量及接插件的连接问题，恰恰忽视了看似简单的电源。电源带来的故障一般比较隐蔽，容易被错误判断。因此凡是使用开关电源的机床，在平时使用过程中应多监测电源输出变化，当输出电压发生变化时要及时更换，否则日趋下降的的电源质量会影响机床整体工作的稳定性。

［1］廖明，廖芳.硬盘常见故障的分析及数据保护方法的探讨［J］.计算机与信息技术，2007(6).

［2］梁毅，王志鹏，刘盛.一例加工中心软件故障分析与排除［J］.制造技术与机床，2010(10):116－117.